Synthèse stéréosélective de pipéridines et activation électrophile chimiosélective d’amides en présence de dérivés de la pyridine

L’importance des produits naturels dans le développement de nouveaux médicaments est indéniable. Malheureusement, l’isolation et la purification de ces produits de leurs sources naturelles procure normalement de très faibles quantités de molécules biologiquement actives. Ce problème a grandement limité l’accès à des études biologiques approfondies et/ou à une distribution sur une grande échelle du composé actif. Par exemple, la famille des pipéridines contient plusieurs composés bioactifs isolés de sources naturelles en très faible quantité (de l’ordre du milligramme). Pour pallier à ce problème, nous avons développé trois nouvelles approches synthétiques divergentes vers des pipéridines polysubstituées contenant une séquence d’activation/désaromatisation d’un sel de pyridinium chiral et énantioenrichi. La première approche vise la synthèse de pipéridines 2,5-disubstituées par l’utilisation d’une réaction d’arylation intermoléculaire sur des 1,2,3,4-tétrahydropyridines 2-substituées. Nous avons ensuite développé une méthode de synthèse d’indolizidines et de quinolizidines par l’utilisation d’amides secondaires. Cette deuxième approche permet ainsi la synthèse formelle d’alcaloïdes non-naturels à la suite d’une addition/cyclisation diastéréosélective et régiosélective sur un intermédiaire pyridinium commun. Finalement, nous avons développé une nouvelle approche pour la synthèse de pipéridines 2,6-disubstituées par l’utilisation d’une réaction de lithiation dirigée suivie d’un couplage croisé de Negishi ou d’un parachèvement avec un réactif électrophile. Le développement de transformations chimiosélectives et versatiles est un enjeu crucial et actuel pour les chimistes organiciens. Nous avons émis l’hypothèse qu’il serait possible d’appliquer le concept de chimiosélectivité à la fonctionnalisation d’amides, un des groupements le plus souvent rencontrés dans la structure des molécules naturelles. Dans le cadre précis de cette thèse, des transformations chimiosélectives ont été réalisées sur des amides secondaires fonctionnalisés. La méthode repose sur l’activation de la fonction carbonyle par l’anhydride triflique en présence d’une base faible. Dans un premier temps, l’amide ainsi activé a été réduit sélectivement en fonction imine, aldéhyde ou amine en présence d’hydrures peu nucléophiles. Alternativement, un nucléophile carboné a été employé afin de permettre la synthèse de cétones ou des cétimines. D’autre part, en combinant un amide et un dérivé de pyridine, une réaction de cyclisation/déshydratation permet d’obtenir les d’imidazo[1,5-a]pyridines polysubstituées. De plus, nous avons brièvement appliqué ces conditions d’activation au réarrangement interrompu de type Beckmann sur des cétoximes. Une nouvelle voie synthétique pour la synthèse d’iodures d’alcyne a finalement été développée en utilisant une réaction d’homologation/élimination en un seul pot à partir de bromures benzyliques et allyliques commercialement disponibles. La présente méthode se distincte des autres méthodes disponibles dans la littérature par la simplicité des procédures réactionnelles qui ont été optimisées afin d’être applicable sur grande échelle. The importance of natural products in the development of new drugs is undeniable. Unfortunately, the isolation and purification of those products from their natural sources provides normally very small amounts of the desired bioactive molecules. Consequently there is largely limited access to in-depth biological studies and/or to the large scale distribution of the bioactive compound. For example, the piperidine family contains a large diversity of bioactive compounds isolated from natural sources in very limited quantities (on the order of milligram scale). To address the issue, we have developed three new divergent synthetic approaches towards polysubstituted piperidines containing an activation/dearomatization sequence from a chiral and enantioenchired pyridinium salt. The first approach aims towards the synthesis of 2,5-disubstituted piperidines by the use of an intermolecular arylation reaction on 2-substituted 1,2,3,4-tetrahydropyridines. Then, we have developed a synthetic method for indolizidines and quinolizidines starting from secondary amides. The second approach leads to the formal synthesis of non-natural alkaloids via a highly diastereoselective and regioselective addition/cyclization from a common pyridinium intermediate. Finally, we have found a new approach for the synthesis of 2,6-disubstituted piperidines by the use of a directed lithiation sequence followed by either a Negishi cross-coupling reaction or a quench with an electrophilic reagent. The development of highly chemoselective and versatile transformations are crucial to organic chemists. We have issued the hypothesis that it could be possible to apply the chemoselectivity concept towards the functionalization of amides, one of the most encountered subunits in the structures of natural products. In the specific context of the thesis, the highly chemoselective transformations are realized on functionalized secondary amides. The method relies on the activation of the carbonyl function of the amide by triflic anhydride in presence of a weak base. Firstly, the activated amide can be selectively reduced to imine, aldehyde, or amine oxidation state in the presence of a poorly nucleophilic hydride source. Alternatively, a carbon nucleophile could also be employed in order to allow the synthesis of ketones or ketimines. By combining an amide with a pyridine derivative a cyclization/dehydration reaction was used for the synthesis of polysubstituted imidazo[1,5-a]pyridines. Moreover, we have briefly applied the activation conditions to the interrupted Beckmann rearrangement of ketoximes. We have finally developed a new synthetic pathway for iodoalkynes by using a one-pot homologation/elimination reaction from commercially available benzylic and allylic bromides. The present method is distinctively different from literature precedents by the simplicity of the reaction procedures and purifications which were optimized in order to be applied to large scale synthesis

Keyphrases: Pyridine, pipéridine, amide, hétérocycle, réduction, chimiosélectivité, cyclisation, activation électrophile, réarrangement de Beckmann, homologation/élimination, Pyridine, amide, heterocycle, reduction, chemoselectivity, cyclization, electrophilic activation, Beckmann rearrangement, homologation/elimination