Organocatalyse asymétrique dans la réaction Michael des cétones α-alkylées cycliques : synthèse enantioselective de subérosanes et de succinimides

Asymmetric organocatalysis in the Michael reaction of cyclic α-alkyl ketones : enantioselective synthesis of suberosanes and succinimides

• Auteur / Autrice : Lai Wei
• Direction : Françoise Dumas, Franck Le Bideau
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie des substances naturelles
• Date : Soutenance le 25/09/2018
• Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Innovation thérapeutique : du fondamental à l'appliqué (Châtenay-Malabry, Hauts-de-Seine ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Biomolécules : conception, isolement, synthèse (Châtenay-Malabry, Hauts-de-Seine ; 2002-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Paris-Sud (1970-2019)
• Jury : Président / Présidente : Clotilde Ferroud
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Françoise Dumas, Franck Le Bideau, Clotilde Ferroud, Joëlle Pérard-Viret, Alejandro Perez Luna, Samir Messaoudi
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Joëlle Pérard-Viret, Alejandro Perez Luna

Mots clés

Mots clés contrôlés

Imides

Sesquiterpènes

Organocatalyse

Mots clés libres

Réaction de Michael

Organocatalyse

Carbone quaternaire

Sesquiterpenes

Synthèse totale

Succinimides

Michael reaction

Organocatalysis

Quaternary carbon

Sesquiterpenes

Total synthesis

Succinimides

Résumé

La découverte des activités cytotoxiques impressionnantes des subérosanes, des sesquiterpènes d’origine marine isolées dès 1996 de la gorgone Subergorgia suberosa, ainsi que leurs structures tricycliques complexes possédant jusqu’à cinq centre stéréogènes contigus dont un centre quaternaire central, ont fait de ces molécules des cibles de choix tant pour les acteurs de la chimie médicinale que pour ceux travaillant dans le domaine de la synthèse totale. Enfin, une molécule d’origine synthétique « simplifiée » de cette famille, la nor-subérosénone, a également montré des activités cytotoxiques remarquables. Les quantités disponibles de ces produits d’intérêt pharmacologique étant infimes dans le milieu marin, notre équipe s’est intéressée précédemment à la synthèse et à l’évaluation biologique de plusieurs représentants de cette famille de produits naturels et de leurs antipodes permettant de décrire leurs configurations absolues ainsi qu’aux nor-subérosénone et nor-subérosanone d’origine synthétique. L’étape clef de ces synthèses faisant appel à une réaction de Michael asymétrique utilisant un inducteur chiral stœchiométrique peu onéreux et disponible sous ses deux formes antipodales a permis d’obtenir pour la première fois, en version énantiosélective, plusieurs représentants de cette famille de façon concise. Nous décrivons dans ce manuscrit comment nous sommes passés d’une telle réaction de Michael « stœchiométrique » à un processus organocatalysé asymétrique impliquant un système catalytique qui après développement s’est montré efficace et peu coûteux permettant de réduire encore le nombre d’étapes de ces synthèses et d'accroitre l'économie d'atomes, vers une chimie plus respectueuse de l’environnement. Les améliorations apportées aux synthèses précédemment réalisées au sein de notre équipe, et notamment à une cyclisation originale catalysée au triflate d’argent, ont permis de réaliser les synthèses par la voie « stœchiométrique » de nor-subérosanes avec une grande efficacité. La (+)-nor-subérosénone a été obtenue en vingt étapes et 19.29% de rendement global (vs dix-neuf étapes et 4.65% de rendement global précédemment) et la (±)-nor-subérosanone en dix-neuf étapes et 25.06% de rendement global (vs dix-huit étapes et 8.85% de rendement global précédemment). Le succès de la voie organocatalysée a enfin permis de synthétiser la (+)-nor-subérosénone en dix-huit étapes et 19.76% de rendement global (vs dix-neuf étapes et 4.65% de rendement global). Nous avons enfin ouvert la voie à la synthèse potentielle d’épimères des subérosanes via une mise au point de l’addition organocatalysée de Michael de cétone cycliques alpha-méthylées sur les maleimides. Divers maléimides se sont avérés être des électrophiles appropriés dans ce processus, délivrant principalement les adduits attendus portant la stéréodiade centre quaternaire-centre tertiaire adjacents avec des rendements modérés à excellents (39 à 94%) et des énantiosélectivités bonnes à excellentes (75 à 99% ee) dans des conditions réactionnelles faisant intervenir l’activation par les micro-ondes. Des conditions réactionnelles ont été optimisées pour réduire au maximum les diastéréomères et les régioisomères correspondants ainsi que les produits secondaires d’aza-Michael. Ce travail s’inscrit dans le domaine plus vaste et très compétitif de la formation organocatalysée énantiosélective, en une seule étape, d’enchaînement de centre stéréogènes carbonés quaternaire et tertiaire.

The discovery of the impressive cytotoxic activities of the subterranean, sesquiterpenes of marine origin isolated in 1996 from the gorgon Subergorgia suberosa, as well as their complex tricyclic structures with up to five contiguous stereogenic centers including a central quaternary center, made these molecules choice targets for both those involved in medicinal chemistry and those working in the field of total synthesis. Finally, a molecule of "simplified" synthetic origin of this family, nor-suzerenone, has also shown remarkable cytotoxic activities. As the quantities available for these products of pharmacological interest are minimal in the marine environment, our team was interested previously in the synthesis and the biological evaluation of several representatives of this family of natural products and their antipodes allowing to describe their absolute configurations as well as nor-suzerenone and nor-suerosanone of synthetic origin. The key step in these syntheses, using an asymmetric Michael reaction using a low-cost stoichiometric chiral inducer available in its two antipodal forms, made it possible to obtain for the first time, in enantioselective version, several representatives of this family in a way that concisely. We describe in this manuscript how we went from such a "stoichiometric" Michael reaction to an asymmetric organocatalytic process involving a catalytic system that after development proved effective and inexpensive enough to further reduce the number of stages of these syntheses and to increase the economy of atoms, towards a chemistry more respectful of the environment. The improvements made to syntheses previously carried out within our team, and in particular to an original cyclization catalyzed with silver triflate, made it possible to synthesize by the "stoichiometric" way of nor-subterraneans with a great efficiency. (+) - nor-suzerenone was obtained in twenty steps and 19.29% overall yield (vs nineteen stages and 4.65% overall yield previously) and the (±) -nor-suerosanone in nineteen stages and 25.06 % overall return (vs eighteen steps and 8.85% overall return previously). The success of the organocatalyzed route eventually allowed to synthesize (+)-nor-suberosenone in eighteen stages and 19.76% overall yield (vs nineteen stages and 4.65% overall yield). Finally, we have opened the way for the potential synthesis of epimers of suberosanes via a development of organocatalyzed Michael addition reaction of alpha-methylated cyclic ketones to maleimides. Various maleimides have been shown to be suitable electrophiles in this process, mainly delivering the expected adducts carrying the adjacent tertiary center-tertiary center stereodiade in moderate to excellent yields (39 to 94%) and good to excellent enantioselectivities (75 to 99% ee) under reaction conditions involving activation by microwaves. Reaction conditions were optimized to minimize corresponding diastereomers and regioisomers as well as aza-Michael by-products. This work is part of the larger and highly competitive field of one-step enantioselective organocatalyst formation of quaternary and tertiary carbon-based stereogenic centers.