Alkylidene malonates and acetoacetates as intermediates for the preparation of bioactive molecules

In this thesis we investigated the versatility and the potential applications of different kinds of alkylidene malonates, acetoacetates, malonamides and acetoacetoamides. Our research group devoted great attention to this kind of compounds since alkylidenes can be considered important intermediates in the synthesis of several scaffolds, to be inserted into molecules of potential biological and pharmaceutical interest. The increasing use of alkylidenes is due to their ability to react as unsaturated electrophiles and to the possibility to exploit them as intermediates for the introduction of different kind of functionalities.The preparation of alkylidene malonates, acetoacetates, malonamides and acetoacetoamides is presented in chapter 1. This section deals with different preparation methods of alkylidenes that we developed during the last few years and to the technologies involved for each synthetic protocol. The reactivity that allowed to use the alkylidenes as intermediates in the synthesis of scaffolds for biologically active compounds is shown in chapter 2. In particular, we will discuss the most important reactions used to obtain the desired molecules, and we will focus on the most interesting aspects of these latter ones. Finally, chapter 3 will illustrate the potential applications and the related syntheses of potential bioactive compounds. The synthesized molecules find application in several fields and for this reason we considered each class of compounds in its related branch of interest.

Cannabinoid system combined to classic targets for a new MTDL strategy: design and synthesis of natural inspired molecules for Alzheimer's disease

In this thesis is described the design and synthesis of potential agents for the treatment of the multifactorial Alzheimer’s disease (AD). Our multi-target approach was to consider cannabinoid system involved in AD, together with classic targets. In the first project, designed modifications were performed on lead molecule in order to increase potency and obtain balanced activities on fatty acid amide hydrolase and cholinesterases. A small library of compounds was synthesized and biological results showed increased inhibitory activity (nanomolar range) related to selected target. The second project was focused on the benzofuran framework, a privileged structure being a common moiety found in many biologically active natural products and therapeutics. Hybrid molecules were designed and synthesized, focusing on the inhibition of cholinesterases, Aβ aggregation, FAAH and on the interaction with CB receptors. Preliminary results showed that several compounds are potent CB ligands, in particular the high affinity for CB2 receptors, could open new opportunities to modulate neuroinflammation. The third and the fourth project were carried out at the IMS, Aberdeen, under the supervision of Prof. Matteo Zanda. The role of the cannabinoid system in the brain is still largely unexplored and the relationship between the CB1 receptors functional modification, density and distribution and the onset of a pathological state is not well understood. For this reasons, Rimonabant analogues suitable as radioligands were synthesized. The latter, through PET, could provide reliable measurements of density and distribution of CB1 receptors in the brain. In the fifth project, in collaboration with CHyM of York, the goal was to develop arginine analogues that are target specific due to their exclusively location into NOS enzymes and could work as MRI contrasting agents. Synthesized analogues could be suitable substrate for the transfer of polarization by p-H2 molecules through SABRE technique transforming MRI a more sensitive and faster technique.

Molecular biology and functions of epilysin (MMP-28)

Epilysin (MMP-28) is the most recently identified member of the matrix metalloproteinase (MMP) family of extracellular proteases. Together these enzymes are capable of degrading almost all components of the extracellular matrix (ECM) and are thus involved in important biological processes such as development, wound healing and immune functions, but also in pathological processes such as tumor invasion, metastasis and arthritis. MMPs do not act solely by degrading the ECM. They also regulate cell behavior by releasing growth factors and biologically active peptides from the ECM, by modulating cell surface receptors and adhesion molecules and by regulating the activity of many important mediators in inflammatory pathways. The aim of this study was to define the unique role of epilysin within the MMP-family, to elucidate how and when it is expressed and how its catalytic activity is regulated. To gain information on its essential functions and substrates, the specific aim was to characterize how epilysin affects the phenotype of epithelial cells, where it is biologically expressed. During the course of the study we found that the epilysin promoter contains a well conserved GT-box that is essential for the basic expression of this gene. Transcription factors Sp1 and Sp3 bind this sequence and could hence regulate both the basic and cell type and differentiation stage specific expression of epilysin. We cloned mouse epilysin cDNA and found that epilysin is well conserved between human and mouse genomes and that epilysin is glycosylated and activated by furin. Similarly to in human tissues, epilysin is normally expressed in a number of mouse tissues. The expression pattern differs from most other MMPs, which are expressed only in response to injury or inflammation and in pathological processes like cancer. These findings implicate that epilysin could be involved in tissue homeostasis, perhaps fine-tuning the phenotype of epithelial cells according to signals from the ECM. In view of these results, it was unexpected to find that epilysin can induce a stable epithelial to mesenchymal transition (EMT) when overexpressed in epithelial lung carcinoma cells. Transforming growth factor b (TGF-b) was recognized as a crucial mediator of this process, which was characterized by the loss of E-cadherin mediated cell-cell adhesion, elevated expression of gelatinase B and MT1-MMP and increased cell migration and invasion into collagen I gels. We also observed that epilysin is bound to the surface of epithelial cells and that this interaction is lost upon cell transformation and is susceptible to degradation by membrane type-1-MMP (MT1-MMP). The wide expression of epilysin under physiological conditions implicates that its effects on epithelial cell phenotype in vivo are not as dramatic as seen in our in vitro cell system. Nevertheless, current results indicate a possible interaction between epilysin and TGF-b also under physiological circumstances, where epilysin activity may not induce EMT but, instead, trigger less permanent changes in TGF-b signaling and cell motility. Epilysin may thus play an important role in TGF-b regulated events such as wound healing and inflammation, processes where involvement of epilysin has been indicated.

Anti-bacterial surfaces: Natural agents, mechanisms of action, and plasma surface modification

Strategies that confine antibacterial and/or antifouling property to the surface of the implant, by modifying the surface chemistry and morphology or by encapsulating the material in an antibiotic-loaded coating, are most promising as they do not alter bulk integrity of the material. Among them, plasma-assisted modification and catechol chemistry stand out for their ability to modify a wide range of substrates. By controlling processing parameters, plasma environment can be used for surface nano structuring, chemical activation, and deposition of biologically active and passive coatings. Catechol chemistry can be used for material-independent, highly-controlled surface immobilisation of active molecules and fabrication of biodegradable drug-loaded hydrogel coatings. In this article, we comprehensively review the role plasma-assisted processing and catechol chemistry can play in combating bacterial colonisation on medically relevant coatings, and how these strategies can be coupled with the use of natural antimicrobial agents to produce synthetic antibiotic-free antibacterial surfaces.

Translational fusion of two beta-subunits of human chorionic gonadotropin results in production of a novel antagonist of

The strategy of translationally fusing the alpha-and beta-subunits of human chorionic gonadotropin (hCG) into a single-chain molecule has been used to produce novel analogs of hCG. Previously we reported expression of a biologically active singlechain analog hCG alpha beta expressed using Pichia expression system. Using the same expression system, another analog, in which the alpha-subunit was replaced with the second beta-subunit, was expressed (hCG beta beta) and purified. hCG beta beta could bind to LH receptor with an affinity three times lower than that of hCG but failed to elicit any response. However, it could inhibit response to the hormone in vitro in a dose- dependent manner. Furthermore, it inhibited response to hCG in vivo indicating the antagonistic nature of the analog. However, it was unable inhibit human FSH binding or response to human FSH, indicating the specificity of the effect. Characterization of hCG alpha beta and hCG beta beta using immunological tools showed alterations in the conformation of some of the epitopes, whereas others were unaltered. Unlike hCG, hCG beta beta interacts with two LH receptor molecules. These studies demonstrate that the presence of the second beta-subunit in the single-chain molecule generated a structure that can be recognized by the receptor. However, due to the absence of alpha-subunit, the molecule is unable to elicit response. The strategy of fusing two beta-subunits of glycoprotein hormones can be used to produce antagonists of these hormones.

Innate Immune Recognition of RNA-virus infection in human macrophages

Innate immunity and host defence are rapidly evoked by structurally invariant molecular motifs common to microbial world, called pathogen associated molecular patterns (PAMPs). In addition to PAMPs, endogenous molecules released in response to inflammation and tissue damage, danger associated molecular patterns (DAMPs), are required for eliciting the response. The most important PAMPs of viruses are viral nucleic acids, their genome or its replication intermediates, whereas the identity and characteristics of virus infection-induced DAMPs are poorly defined. PAMPs and DAMPs engage a limited set of germ-line encoded pattern recognition receptors (PRRs) in immune and non-immune cells. Membrane-bound Toll-like receptors (TLRs), cytoplasmic retinoic acid inducible gene-I (RIG-I)-like receptors (RLRs) and nucleotide-binding oligomerization domain-like receptor (NLRs) are important PRRs involved in the recognition of the molecular signatures of viral infection, such as double-stranded ribonucleic acids (dsRNAs). Engagement of PRRs results in local and systemic innate immune responses which, when activated against viruses, evoke secretion of antiviral and pro-inflammatory cytokines, and programmed cell death i.e., apoptosis of the virus-infected cell. Macrophages are the central effector cells of innate immunity. They produce significant amounts of antiviral cytokines, called interferons (IFNs), and pro-inflammatory cytokines, such as interleukin (IL)-1β and IL-18. IL-1β and IL-18 are synthesized as inactive precursors, pro-IL-1β and pro-IL-18, that are processed by caspase-1 in a cytoplasmic multiprotein complex, called the inflammasome. After processing, these cytokines are biologically active and will be secreted. The signals and secretory routes that activate inflammasomes and the secretion of IL-1β and IL-18 during virus infections are poorly characterized. The main goal of this thesis was to characterize influenza A virus-induced innate immune responses and host-virus interactions in human primary macrophages during an infection. Methodologically, various techniques of cellular and molecular biology, as well as proteomic tools combined with bioinformatics, were utilized. Overall, the thesis provides interesting insights into inflammatory and antiviral innate immune responses, and has characterized host-virus interactions during influenza A virus-infection in human primary macrophages.

Palladium(II) complexes as biologically potent metallo-drugs: Synthesis, spectral characterization, DNA interaction studies and antibacterial activity

Four novel mononuclear Pd(II) complexes have been synthesized with the biologically active Schiff base ligands (L-1-L-4) derived from 3-amino-2-methyl-4(3H)-quinazolinone. The structure of the complexes has been proposed by elemental analysis, molar conductance, IR, H-1 NMR, mass, UV-Vis spectrometric and thermal studies. The investigation of interaction of the complexes with calf thymus DNA (CT-DNA) has been performed with absorption and fluorescence spectroscopic studies. The nuclease activity was done using pUC19 supercoiled DNA by gel-electrophoresis. All the ligands and their Pd(II) complexes have also been screened for their antibacterial activity by discolor diffusion technique. (C) 2013 Elsevier B.V. All rights reserved.

海洋红藻多管藻和松节藻的化学成分及抗氧化活性研究

海洋生物具有产生丰富多样的次生代谢产物的能力，其中红藻门松节藻科海藻卤代次生代谢产物以其结构新颖、生物活性独特引起了天然产物化学家的重视。 本论文对海洋红藻多管藻和松节藻进行了化学成分研究，综合利用各种色谱学方法 (硅胶柱层析、反相硅胶柱层析、凝胶Sephadex LH-20柱层析、半制备高效液相色谱以及重结晶等) 和现代波谱学技术 (IR、UV、EI-MS、FAB-MS、HR-ESI-MS、CD、1H-NMR、13C-NMR、DEPT、1H-1H COSY、HSQC、HMBC等)，共分离鉴定了100个化合物，发现25个新化合物。 从多管藻中分离鉴定38个化合物 (24个溴酚化合物)，其中7个新化合物 (均为溴酚化合物)，包括1个菲并呋喃结构溴酚 (P1), 2个二氢菲结构溴酚 (P2, P3)，1个含 5,7-dihydrodibenzo[c,e]oxepine 结构溴酚 (P4)和3个简单溴酚 (P5, P6, P7)。P1 (urceolatin) 属首例报道的具有菲并呋喃结构的天然产物，从该种中分离的化合物P12 和 P13 可能是其生源合成的前体。P2和P3为第二例报道的具有二氢菲结构的溴酚化合物。 从松节藻中分离并鉴定了62 个化合物，其中18 个为溴酚类新化合物，44 个为已知化合物。化合物具有多变的取代基团，包括2 个脲基吡咯烷酮溴酚化合物 (R1, R2), 4 个γ-脲基丁酸溴酚化合物 (R3-R6)，5 个酰胺溴酚化合物 (R7, R8, R9, R13, R14)，1 个溴酚砜化合物 (R12), 1 个Xanthene 溴酚化合物 (R10)和5 个简单溴酚化合物 (R11, R15, R16, R17, R18)。R1、R2 是首例报道的含有脲基吡咯烷酮片段的天然产物，R10 为首次报道的溴代Xanthene 类天然产物。 对分离到的化合物进行了清除DPPH 和ABTS两种自由基活性的筛选。结果发现溴酚类天然产物具有显著的DPPH自由基清除活性，其中R3 的IC50 仅为3.3 μM, 其活性强度约为阳性对照BHT (IC50 为82.1 μM) 的24倍。另外，溴酚类天然产物对ABTS自由基有较强的清除活性，R2 的TEAC（Trolox efficency activity capacity）值为5.2 mM，约为阳性对照 (ascorbic acid, 1.02 mM) 的 5 倍。初步的构效关系研究发现，稠环分子、多羟基和邻位甲氧基等结构特点能有效增强DPPH 自由基清除活性；特殊取代基如脲基、吡咯烷酮等含有氮原子的基团，能有效增强ABTS 自由基清除活性，多羟基、溴代等结构特点也使其活性有所增强。 本研究结果丰富了海藻卤代化合物的结构类型，为多管藻和松节藻的合理利用提供了一定的科学依据。

The Influence of 1,25-Dihydroxyvitamin D3 on the Cross-Priming of Lymphocytic Choriomeningitis Virus Nucleoprotein

Biologically active 1,25-dihydroxyvitamin D3 (1,25-(OH)2D3) binds the vitamin D receptor (VDR) to exert its effect on target cells. VDR expression is found in a number of immune cells including professional antigen-presenting cells such as dendritic cells. It has been found that the actions of 1,25-(OH)2D3 on the immune system are mainly immunosuppressive. The cross-presentation pathway allows for exogenously derived antigens to be presented by pAPCs on MHC-I molecules to CD8+ T cells. CD8+ T cell activation results in the expansion of epitope-specific T cell populations that confer host protection. These epitopes can be organized into an immunodominance hierarchy. Previous work demonstrated that introducing LCMV-NP via the cross-priming pathway significantly alters the immunodominance hierarchy of a subsequent LCMV infection. Building upon these observations, our study assessed the effects of LCMV-NP cross priming in the presence of a single dose of 1,25-(OH)2D3. Treatment with 1,25-(OH)2D3 was found to have biological effects in our model system. In vitro pAPCs were demonstrated to up-regulate IL-10 and CYP24A1 mRNA, in addition to the transactivation of cellular VDR, as demonstrated by a relocalization to the nuclear region. Mice treated with 1,25-(OH)2D3 were found to produce up-regulated IL-10 and CYP24A1 transcripts. Expression of VDR was increased at both the transcript and protein level. Our results demonstrate that a single dose of 1,25-(OH)2D3 does not affect the cross-priming pathway in this system. Treatment with 1,25-(OH)2D3 did not influence the ability of differentiated pAPCs to phagocytose or cross-present exogenous antigen to epitope-specific CD8+ T cells. Furthermore, 1,25-(OH)2D3 did not alter cross-priming or the establishment of the LCMV immunodominance hierarchy in vivo. By confirming that 1,25-(OH)2D3 does not suppress cross-priming in our model, our study helps to expand the understanding of the immunomodulatory role of exogenous 1,25-(OH)2D3 on the outcome of virus infection. Collectively, our data supports the observation that the role of 1,25-(OH)2D3 in the immune system is not always associated with suppressive effects.

Senegalin: a novel antimicrobial/myotropic hexadecapeptide from the skin secretion of the African running frog, Kassina senegalensis

Amphibian skin is a rich and unique source of novel bioactive peptides most of which are endowed with either antimicrobial or pharmacological properties. Here we report the identification and structural characterization of a novel peptide, named senegalin, which possesses both activities. Senegalin is a hexadecapeptide amide (FLPFLIPALTSLISSL-NH2) of unique primary structure found in the skin secretion of the African running frog, Kassina senegalensis. The structure of the biosynthetic precursor of senegalin, deduced from cloned skin cDNA, consists of 76 amino acid residues and displays the typical domain organization of an amphibian skin peptide precursor. Both natural senegalin and its synthetic replicate
displayed antimicrobial and myotropic activities. Senegalin was active against Staphylococcus aureus (MIC 50µM) and Candida albicans (MIC 150µM) but was nonhaemolytic at concentrations up to and including 150µM. In contrast, senegalin induced a dose-dependent contraction of rat urinary bladder smooth muscle (EC50 2.9nM) and a dosedependent relaxation of rat tail artery smooth muscle (EC50 37.7nM). Senegalin thus represents a prototype biologically-active amphibian skin peptide and illustrates the fact thatamphibian skin secretion peptidomes continue to be unique sources of such molecules.

pLR-HL: a novel amphibian Bowman-Birk-type trypsin inhibitor from the skin secretion of the broad-folded frog, Hylarana latouchii

In this study, we report a novel heptadecapeptide (LIGGCWTKSIPPKPCLV) of the pLR/ranacyclin family, named pLR-HL, whose structure was deduced from its biosynthetic precursor-encoding cDNA cloned from the skin secretion-derived cDNA library of the broad-folded frog, Hylarana latouchii, by employing a "shotgun" cloning technique. It contains a disulphide loop between Cys5 and Cys15 which is consistent with Bowman-Birk-type protease inhibitors. The primary structure of pLR-HL deduced from the cDNA sequence was confirmed by fractionating the skin secretion using reverse phase HPLC and subsequent analysis using MALDI-TOF mass spectrometry and LC/MS/MS fragmentation sequencing. On the basis of the establishment of unequivocal amino acid sequence, a synthetic replicate was synthesised by solid-phase Fmoc chemistry, and it displayed a moderately potent trypsin inhibition with a Ki of 143 nM. The substitution of Lys-8 by Phe (Phe8 -pLR-HL) resulted in abolition of trypsin inhibition but generation of modest inhibition on chymotrypsin with a Ki of 2.141 μM. Additionally, both the disulphide loops of pLR-HL and Phe8 -pLR-HL were synthesised and tested. Both of the catalytic loops retained similar inhibitory potencies towards trypsin or chymotrypsin in comparison with the original intact molecules. Thus, the replacement of reactive site residues could alter the specificity of these protease inhibitors, while the canonical reactive loop alone can independently constitute biologically-active moiety.

The study of ligand binding specificities of the lipid binding proteins : recombinant human a-tocopherol transport protein (a-ttp), supernatant protein factor (spf) and S. cerevisiae Sec 14p for vitamin e (rrr-a-tocopherol) and other hydrophobic ligands.

One of the various functions of proteins in biological systems is the transport of small molecules, for this purpose proteins have naturally evolved special mechanisms to allow both ligand binding and its subsequent release to a target site; a process fundamental to many biological processes. Transport of Vitamin E (a-tocopherol), a lipid soluble antioxidant, to membranes helps in the protection of polyunsaturated fatty acids against peroxidative damage. In this research, the ligand binding characteristics of several members of the CRALTRIO family of lipid binding proteins was examined; the recombinant human a-Tocopherol Transfer Protein (a-TIP), Supernatant Protein Factor (SPF)ffocopherol Associated Protein (TAP), Cellular Retinaldehyde Binding Protein (CRALBP) and the phosphatidylinositol transfer protein from S. cerevisiae Sec 14p. Recombinant Sec 14p was expressed and purified from E. coli for comparison of tocopherol binding to the two other recombinant proteins postulated to traffic a-tocopherol. Competitive binding assays using [3H]-a-tocopherol and Lipidex-l000 resin allowed determination of the dissociation constants ~) of the CRAL-TRIO proteins for a-tocopherol and - 20 hydrophobic ligands for evaluation of the possible biological relevance of the binding interactions observed. The KIs (nM) for RRR-a-tocopherol are: a-TIP: 25.0, Sec 14p: 373, CRALBP: 528 and SPFffAP: 615. This indicates that all proteins recognize tocopherol but not with the same affinity. Sec 14p bound its native ligand PI with a KI of381 whereas SPFffAP bound PI (216) and y-tocopherol (268) similarly in contrast to the preferential binding ofRRR-a-tocopherol by a-TIP. Efforts to adequately represent biologically active SPFff AP involved investigation of tocopherol binding for several different recombinant proteins derived from different constructs and in the presence of different potential modulators (Ca+2, Mg+2, GTP and GDP); none of these conditions enhanced or inhibited a-tocopherol binding to SPF. This work suggests that only aTTP serves as the physiological mediator of a-tocopherol, yet structural homology between proteins allows common recognition of similar ligand features. In addition, several photo-affmity analogs of a-tocopherol were evaluated for their potential utility in further elucidation of a-TTP function or identification of novel tocopherol binding proteins.

Synthèse stéréosélective de motifs polypropionates via la chimie des radicaux : application à l'élaboration de l'hémisphère ouest de la narasine

Cet ouvrage traite principalement de la synthèse de motifs polypropionates de type stéréopentade ainsi qu’une application à la synthèse d’une molécule naturelle possèdant des propriétés biologiques. La stratégie envisagée pour l’élaboration de ces motifs récurrents dans plusieurs structures d’origine naturelle fait appel à la chimie des radicaux. Cette thèse se divise en différents chapitres dans lesquels la versatilité de la méthodologie développée sera démontrée. En premier lieu, il sera question de présenter l’importance de la synthèse de motifs polypropionates. Le domaine couvert par la chimie de ces molécules complexes hautement fonctionnalisées a contribué énormément à l’avancement de nos connaissances en synthèse organique, particulièrement dans le contexte des réactions impliquant des molécules acyliques. Une brève description des méthodes connues est présentée afin de saisir l’étendue des défis restants pour construire efficacement tous les isomères possibles des polypropionates de type stéréopentade. La stratégie proposée est basée sur une approche contrôlée entièrement par le substrat. Ce contrôle s’appuie sur le choix judicieux de l’acide de Lewis activant les deux réactions impliquées, soit la réaction de Mukaiyama et le transfert d’hydrogène. La seconde section de cette thèse concerne principalement le développement d’une réaction de Mukaiyama impliquant un éther d’énol silylé portant un lien pouvant être homolytiquement brisé dans la réaction suivante et un aldéhyde de type propionate. Le contrôle de l’aldolisation provient de la nature de l’acide de Lewis. Une espèce monodentate (BF3·OEt2) génère une relation 3,4-syn selon le modèle dit Felkin-Anh tandis que les acides de Lewis bidentates mènent à la relation 3,4-anti via un état de transition définit comme Cram-chélate. Une optimisation des conditions réactionnelles en variant l’acidité et la stoechiométrie de l’acide de Lewis de titane a permis de construire diastéréosélectivement le produit de Mukaiyama ayant une relation 3,4-anti. En outre, la nature des complexes impliqués dans ces réactions a été élucidée par des études RMN 13C à basse température. Une fois les précurseurs radicalaires synthétisés, notre méthodologie de réduction par transfert d’hydrogène contrôlée également par les acides de Lewis s’avère très efficace. Les acides de Lewis dérivés d’aluminium mènent sélectivement à la relation 2,3-syn selon un contrôle endocyclique tandis que les acides de Lewis de bore permettent la création des relations 2,3-anti en se basant sur une stabilisation par les divers facteurs de contrôle de molécules acycliques. Cette stratégie novatrice nous a ainsi permis de construire efficacement les 16 diastéréoisomères possibles. Le chapitre suivant concerne l’application de cette méthodologie à la synthèse de l’hémisphère ouest de la salinomycine et de la narasine. Plusieurs défis synthétiques ont été relevés à cette occasion par la présence de nombreux centres stéréogènes contigus. Nous avons réalisé que la relation stéréochimique 2,3-anti de la salinomycine n’est pas accessible sélectivement par la chimie des radicaux via l’effet exocyclique. Des études ont été entreprises afin de comprendre cette perte de sélectivité. Les conclusions suggèrent que les substituants sur le cycle imposent un biais conformationnel conduisant à des faibles sélectivités. Une alternative utilisant un réactif de crotylsilane chiral a été développée pour arriver à la molécule cible. Cette situation est différente dans le cas de la narasine où la présence du méthyle sur le carbone en position β du radical bloque efficacement l’approche d’une des faces d’attaque par l’hydrure. Des sélectivités impressionnantes nous ont permis de construire le fragment C1-C9 de la narasine de manière expéditive et efficace. Finalement, l’élongation sélective utilisant à nouveau la séquence d’aldolisation de Mukaiyama/réduction radicalaire suivie d’un couplage de type aldol stéréosélectif conduit au fragment C1-C17 de la narasine (hémisphère ouest)en 19 étapes avec un rendement global de l’ordre de 7 %. En dernier lieu, nous nous sommes penchés sur la réactivité des α-bromo-β- alkoxycétones lors de transfert d’hydrogène. Nous avons découvert que la chimie de ces derniers pourrait s’avérer utile dans le contexte de la synthèse de motifs complexes polypropionates. La présence d’un centre stéréogène de l’autre coté de la cétone semble avoir un impact sur la sélectivité.

Direct functionalization of heterocyclic and non-heterocyclic arenes

L’application des métaux de transition à la fonctionnalisation directe a ouvert la voie à une nouvelle classe de réactions pour la formation de liens carbone-carbone. De par l'omniprésence des liaisons C–H, l’introduction de nouvelles fonctionnalités chimiques par voie directe et pré-activation minimale s’impose comme une stratégie de synthèse très attrayante. Ainsi, il est envisageable de préparer de manière rapide et efficace des supports complexes menant à des molécules complexes, qui pourraient être utiles dans divers domaines de la chimie. L'objectif principal de la présente thèse vise la fonctionnalisation directe des arènes hétérocycliques et non hétérocycliques et, plus précisément, les techniques d’arylation. Dans un premier temps, nous allons aborder le thème de l’arylation directe tout en mettant l’accent sur les pyridines (Chapitre 1). Ces molécules sont à la base d'une multitude de composés biologiquement actifs et jouent un rôle important dans le domaine des sciences des matériaux, de l’agrochimie et de la synthèse des produits naturels. Dans un deuxième temps, nous discuterons de nos travaux sur l’arylation directe catalysé par un complex de palladium sur des ylures de N-iminopyridinium en soulignant la dérivatisation du sel de pyridinium après une phénylation sp2 (Chapitre 2). L’étude de ce procédé nous a permis de mettre en lumière plusieurs découvertes importantes, que nous expliquerons en détails une à une : l’arylation benzylique directe lorsque des ylures N-iminopyridinium substituées avec un groupement alkyl à la position 2 sont utilisés comme partenaires dans la réaction; les allylations Tsuji-Trost catalysée par un complex de palladium; et l’alkylation directe et sans métal via une catalyse par transfert de phase. Plusieurs défis restent à relever pour le développement de procédés directs utilisant des métaux de transition peu coûteux, d’autant plus que la synthèse par transformation directe des pyridines 2-alcényles, lesquelles sont pertinentes sur le plan pharmacologique, n’a pas encore été rapportée à ce jour. Avec cette problématique en tête, nous avons réussi à mettre au point une alcénylation directe catalysé par un complex de cuivre sur des ylures de N-iminopyridinium. Nous discuterons également d’une nouvelle méthode pour la préparation des iodures de vinyle utilisés dans les couplages. Ces réactions sont non seulement remarquablement chimiosélectives, mais sont aussi applicables à plusieurs substrats (Chapitre 3). En optimisant ce procédé direct, nous avons découvert une façon unique de synthétiser les pyrazolo[1,5-a]pyridines 2-substituées (Chapitre 4). Le mécanisme global met en jeu une séquence tandem de fonctionnalisation-cyclisation directe et un procédé direct en cascade, qui n’avais jamais été rapporté. Cela simplifie ansi la synthèse autrement compliquée de ces substrats en y apportant une solution à un problème de longue date. Dans les deux derniers chapitres, nous examinerons en détail les techniques d’arylation directe qui n'impliquent pas les partenaires de couplage hétérocycliques. Entre autres, au Chapitre 5, nous soulignerons notre découverte d’un umpolung dirigé et catalysé par un complexe de palladium du benzène et de quelques autres dérivés arènes. Il s’agit là du premier cas de fonctionnalisation directe dans laquelle le groupe directeur se trouve sur le partenaire halogène et il s’ajoute à la courte liste d’exemples connus dans la littérature rapportant une arylation directe du benzène. Finalement, au Chapitre 6, nous passerons en revue une nouvelle arylation directe catalysée au fer, qui se veut un procédé peu coûteux, durable et présentant une économie d’atomes. Nous discutons des substrats possibles ainsi des études mécanistiques réalisés.

Analyse par spectrométrie de masse des antibiotiques vétérinaires liés à l’élevage porcin

L’élevage des porcs représente une source importante de déversement d’antibiotiques dans l’environnement par l’intermédiaire de l’épandage du lisier qui contient une grande quantité de ces molécules sur les champs agricoles. Il a été prouvé que ces molécules biologiquement actives peuvent avoir un impact toxique sur l’écosystème. Par ailleurs, elles sont aussi suspectées d’engendrer des problèmes sanitaires et de contribuer à la résistance bactérienne pouvant mener à des infections difficilement traitables chez les humains. Le contrôle de ces substances dans l’environnement est donc nécessaire. De nombreuses méthodes analytiques sont proposées dans la littérature scientifique pour recenser ces composés dans plusieurs types de matrice. Cependant, peu de ces méthodes permettent l’analyse de ces contaminants dans des matrices issues de l’élevage agricole intensif. Par ailleurs, les méthodes analytiques disponibles sont souvent sujettes à des faux positifs compte tenu de la complexité des matrices étudiées et du matériel utilisé et ne prennent souvent pas en compte les métabolites et produits de dégradation. Enfin, les niveaux d’analyse atteints avec ces méthodes ne sont parfois plus à jour étant donné l’évolution de la chimie analytique et de la spectrométrie de masse. Dans cette optique, de nouvelles méthodes d’analyses ont été développées pour rechercher et quantifier les antibiotiques dans des matrices dérivées de l’élevage intensif des porcs en essayant de proposer des approches alternatives sensibles, sélectives et robustes pour quantifier ces molécules. Une première méthode d’analyse basée sur une technique d’introduction d’échantillon alternative à l’aide d’une interface fonctionnant à l’aide d’une désorption thermique par diode laser munie d’une source à ionisation à pression atmosphérique, couplée à la spectrométrie de masse en tandem a été développée. L’objectif est de proposer une analyse plus rapide tout en atteignant des niveaux de concentration adaptés à la matrice étudiée. Cette technique d’analyse couplée à un traitement d’échantillon efficace a permis l’analyse de plusieurs antibiotiques vétérinaires de différentes classes dans des échantillons de lisier avec des temps d’analyse courts. Les limites de détection atteintes sont comprises entre 2,5 et 8,3 µg kg-1 et sont comparables avec celles pouvant être obtenues avec la chromatographie liquide dans une matrice similaire. En vue d’analyser simultanément une série de tétracyclines, une deuxième méthode d’analyse utilisant la chromatographie liquide couplée à la spectrométrie de masse à haute résolution (HRMS) a été proposée. L’utilisation de la HRMS a été motivée par le fait que cette technique d’analyse est moins sensible aux faux positifs que le triple quadripôle traditionnel. Des limites de détection comprises entre 1,5 et 3,6 µg kg-1 ont été atteintes dans des échantillons de lisier en utilisant un mode d’analyse par fragmentation. L’utilisation de méthodes de quantifications ciblées est une démarche intéressante lorsque la présence de contaminants est suspectée dans un échantillon. Toutefois, les contaminants non intégrés à cette méthode d’analyse ciblée ne peuvent être détectés même à de fortes concentrations. Dans ce contexte, une méthode d’analyse non ciblée a été développée pour la recherche de pharmaceutiques vétérinaires dans des effluents agricoles en utilisant la spectrométrie de masse à haute résolution et une cartouche SPE polymérique polyvalente. Cette méthode a permis l’identification d’antibiotiques et de pharmaceutiques couramment utilisés dans l’élevage porcin. La plupart des méthodes d’analyse disponibles dans la littérature se concentrent sur l’analyse des composés parents, mais pas sur les sous-produits de dégradation. L’approche utilisée dans la deuxième méthode d’analyse a donc été étendue et appliquée à d’autres classes d’antibiotiques pour mesurer les concentrations de plusieurs résidus d’antibiotiques dans les sols et les eaux de drainage d’un champ agricole expérimental. Les sols du champ renfermaient un mélange d’antibiotiques ainsi que leurs produits de dégradation relatifs à des concentrations mesurées jusqu’à 1020 µg kg-1. Une partie de ces composés ont voyagé par l’intermédiaire des eaux de drainage du champ ou des concentrations pouvant atteindre 3200 ng L-1 ont pu être relevées.