Organocatalytic asymmetric mannich-type reactions: an easy approach to optically active amine derivatives

The topics I came across during the period I spent as a Ph.D. student are mainly two. The first concerns new organocatalytic protocols for Mannich-type reactions mediated by Cinchona alkaloids derivatives (Scheme I, left); the second topic, instead, regards the study of a new approach towards the enantioselective total synthesis of Aspirochlorine, a potent gliotoxin that recent studies indicate as a highly selective and active agent against fungi (Scheme I, right). At the beginning of 2005 I had the chance to join the group of Prof. Alfredo Ricci at the Department of Organic Chemistry of the University of Bologna, starting my PhD studies. During the first period I started to study a new homogeneous organocatalytic aza-Henry reaction by means of Cinchona alkaloid derivatives as chiral base catalysts with good results. Soon after we introduced a new protocol which allowed the in situ synthesis of N-carbamoyl imines, scarcely stable, moisture sensitive compounds. For this purpose we used α-amido sulfones, bench stable white crystalline solids, as imine precursors (Scheme II). In particular we were able to obtain the aza-Henry adducts, by using chiral phase transfer catalysis, with a broad range of substituents as R-group and excellent results, unprecedented for Mannich-type transformations (Scheme II). With the optimised protocol in hand we have extended the methodology to the other Mannich-type reactions. We applied the new method to the Mannich, Strecker and Pudovik (hydrophosphonylation of imines) reactions with very good results in terms of enantioselections and yields, broadening the usefulness of this novel protocol. The Mannich reaction was certainly the most extensively studied work in this thesis (Scheme III). Initially we developed the reaction with α-amido sulfones as imine precursors and non-commercially available malonates with excellent results in terms of yields and enantioselections.3 In this particular case we recorded 1 mol% of catalyst loading, very low for organocatalytic processes. Then we thought to develop a new Mannich reaction by using simpler malonates, such as dimethyl malonate.4 With new optimised condition the reaction provided slightly lower enantioselections than the previous protocol, but the Mannich adducts were very versatile for the obtainment of β3-amino acids. Furthermore we performed the first addition of cyclic β-ketoester to α-amido sulfones obtaining the corresponding products in good yield with high level of diastereomeric and enantiomeric excess (Scheme III). Further studies were done about the Strecker reaction mediated by Cinchona alkaloid phase-transfer quaternary ammonium salt derivatives, using acetone cyanohydrin, a relatively harmless cyanide source (Scheme IV). The reaction proceeded very well providing the corresponding α-amino nitriles in good yields and enantiomeric excesses. Finally, we developed two new complementary methodologies for the hydrophosphonylation of imines (Scheme V). As a result of the low stability of the products derived from aromatic imines, we performed the reactions in mild homogeneous basic condition by using quinine as a chiral base catalyst giving the α-aryl-α-amido phosphonic acid esters as products (Scheme V, top).6 On the other hand, we performed the addition of dialkyl phosphite to aliphatic imines by using chiral Cinchona alkaloid phase transfer quaternary ammonium salt derivatives using our methodology based on α-amido sulfones (Scheme V, bottom). The results were good for both procedures covering a broad range of α-amino phosphonic acid ester. During the second year Ph.D. studies, I spent six months in the group of Prof. Steven V. Ley, at the Department of Chemistry of the University of Cambridge, in United Kingdom. During this fruitful period I have been involved in a project concerning the enantioselective synthesis of Aspirochlorine. We provided a new route for the synthesis of a key intermediate, reducing the number of steps and increasing the overall yield. Then we introduced a new enantioselective spirocyclisation for the synthesis of a chiral building block for the completion of the synthesis (Scheme VI).

Sviluppo di un'applicazione bioinformatica per la gestione dei dati di antibiotico sensibilità di isolati clinici

Il problema dell'antibiotico-resistenza è un problema di sanità pubblica per affrontare il quale è necessario un sistema di sorveglianza basato sulla raccolta e l'analisi dei dati epidemiologici di laboratorio. Il progetto di dottorato è consistito nello sviluppo di una applicazione web per la gestione di tali dati di antibiotico sensibilità di isolati clinici utilizzabile a livello di ospedale. Si è creata una piattaforma web associata a un database relazionale per avere un’applicazione dinamica che potesse essere aggiornata facilmente inserendo nuovi dati senza dover manualmente modificare le pagine HTML che compongono l’applicazione stessa. E’ stato utilizzato il database open-source MySQL in quanto presenta numerosi vantaggi: estremamente stabile, elevate prestazioni, supportato da una grande comunità online ed inoltre gratuito. Il contenuto dinamico dell’applicazione web deve essere generato da un linguaggio di programmazione tipo “scripting” che automatizzi operazioni di inserimento, modifica, cancellazione, visualizzazione di larghe quantità di dati. E’ stato scelto il PHP, linguaggio open-source sviluppato appositamente per la realizzazione di pagine web dinamiche, perfettamente utilizzabile con il database MySQL. E’ stata definita l’architettura del database creando le tabelle contenenti i dati e le relazioni tra di esse: le anagrafiche, i dati relativi ai campioni, microrganismi isolati e agli antibiogrammi con le categorie interpretative relative al dato antibiotico. Definite tabelle e relazioni del database è stato scritto il codice associato alle funzioni principali: inserimento manuale di antibiogrammi, importazione di antibiogrammi multipli provenienti da file esportati da strumenti automatizzati, modifica/eliminazione degli antibiogrammi precedenti inseriti nel sistema, analisi dei dati presenti nel database con tendenze e andamenti relativi alla prevalenza di specie microbiche e alla chemioresistenza degli stessi, corredate da grafici. Lo sviluppo ha incluso continui test delle funzioni via via implementate usando reali dati clinici e sono stati introdotti appositi controlli e l’introduzione di una semplice e pulita veste grafica.

Indagini forensi in tema di scambio di file pedopornografici mediante software di file sharing a mezzo peer-to-peer

La prova informatica richiede l’adozione di precauzioni come in un qualsiasi altro accertamento scientifico. Si fornisce una panoramica sugli aspetti metodologici e applicativi dell’informatica forense alla luce del recente standard ISO/IEC 27037:2012 in tema di trattamento del reperto informatico nelle fasi di identificazione, raccolta, acquisizione e conservazione del dato digitale. Tali metodologie si attengono scrupolosamente alle esigenze di integrità e autenticità richieste dalle norme in materia di informatica forense, in particolare della Legge 48/2008 di ratifica della Convenzione di Budapest sul Cybercrime. In merito al reato di pedopornografia si offre una rassegna della normativa comunitaria e nazionale, ponendo l’enfasi sugli aspetti rilevanti ai fini dell’analisi forense. Rilevato che il file sharing su reti peer-to-peer è il canale sul quale maggiormente si concentra lo scambio di materiale illecito, si fornisce una panoramica dei protocolli e dei sistemi maggiormente diffusi, ponendo enfasi sulla rete eDonkey e il software eMule che trovano ampia diffusione tra gli utenti italiani. Si accenna alle problematiche che si incontrano nelle attività di indagine e di repressione del fenomeno, di competenza delle forze di polizia, per poi concentrarsi e fornire il contributo rilevante in tema di analisi forensi di sistemi informatici sequestrati a soggetti indagati (o imputati) di reato di pedopornografia: la progettazione e l’implementazione di eMuleForensic consente di svolgere in maniera estremamente precisa e rapida le operazioni di analisi degli eventi che si verificano utilizzando il software di file sharing eMule; il software è disponibile sia in rete all’url http://www.emuleforensic.com, sia come tool all’interno della distribuzione forense DEFT. Infine si fornisce una proposta di protocollo operativo per l’analisi forense di sistemi informatici coinvolti in indagini forensi di pedopornografia.