Diastereoselective Synthesis of Planar Chiral N-Substituted Ferrocenes Derived from Epimeric Imidazolones and their Application to Asymmetric Hydrogenation of Quinolines

This thesis describes the synthesis and use of an N-substituted ferrocene bearing a proline-derived chiral directing group and diastereoselective lithiation-electrophile quench of the pro-Sp hydrogen of the ferrocene to give planar chiral products in >95:5 dr. The auxiliary group is found to be stable to lithium bases of types RLi and R2NLi giving the same diastereoselectivity. The anti- epimer of the previously mentioned syn auxiliary induces lithiation of pro Rp rather than pro Sp hydrogen in >95:5 dr. Upon electrophile quench and elimination, the enantiomer of the syn-derived planar chiral imidazolone is obtained. Hence, this method provides a practical way to prepare planar chiral enantiomers in this series without the use of a more expensive D-proline derived starting material. The syn and anti epimers have β, γ-stereogenic centers and the origin of stereoselectivity in lithiation appears to be driven by the conformational bias exerted by the β-silyloxy moiety in each chiral auxiliary. In the thesis, this conclusion is supported using insensitivity of lithiation selectivity to the bulkiness of the base, comparison of enantiomers, deuteration experiments, nOe difference studies and computational modeling of the ground states and lithiation transition states for both substrates. The products are then converted to ligand precursors to make iridium and rhodium complexes. Among them, one of the cationic iridium complex is found to be effective in the asymmetric hydrogenation of 2-substituted quinolines with enantioselectivities up to 80% at pressures as low as 5 atm.

Microwave-assisted multicomponent diastereoselective 1,3-dipolar cycloaddition of ethyl glyoxylate derived azomethine ylides

The thermal multicomponent 1,3-dipolar cycloaddition (1,3-DC) of diethyl aminomalonate or α-amino esters (derived from glycine, alanine, phenylalanine, and phenylglycine) with ethyl glyoxylate and the corresponding dipolarophile such as maleimides, methyl acrylate, methyl fumarate, (E)-1,2-bis(phenylsulfonyl)ethylene, and electron deficient alkynes allows the diastereoselective synthesis of new polysubstituted pyrrolidine derivatives. Microwave-assisted heating processes give better results than conventional heating ones, affording endo-cycloadducts as major stereoisomers. In general, 2,5-cis-cycloadducts are preferentially formed according to the previous formation of the W-shaped dipole. Only in the 1,3-DC of the disulfone with phenylglycine and ethyl glyoxylate the corresponding exo-trans-cycloadduct was isolated. The compound endo-cis-4b, derived from phenylalanine, ethyl glyoxylate and N-benzylmaleimide, has been further transformed into a very complex diazabicyclo[2.2.1]octane skeleton with potential biological activity.

NiII, CuII and ZnII complexes with a sterically hindered scorpionate ligand (TpmsPh) and catalytic application in the diasteroselective nitroaldol (Henry) reaction

The Ni-II and Zn-II complexes [MCl(Tpms(Ph))] (Tpms(Ph) = SO3C(pz(Ph))(3), pz = pyrazolyl; M = Ni 2 or Zn 3) and the Cu-II complex [CuCl(Tpms(Ph))(H2O)] (4) have been prepared by treatment of the lithium salt of the sterically demanding and coordination flexible tris(3-phenyl-1-pyrazolyl)methanesulfonate (Tpms(Ph))(-) (1) with the respective metal chlorides. The (Tpms(Ph))(-) ligand shows the N-3 or N2O coordination modes in 2 and 3 or in 4, respectively. Upon reaction of 2 and 3 with Ag(CF3SO3) in acetonitrile the complexes [M(Tpms(Ph))-(MeCN)](CF3SO3) (M = Ni 5 or Zn 6, respectively) were formed. The compounds were obtained in good yields and characterized by analytic and spectral (IR, H-1 and C-13{H-1} NMR, ESI-MS) data, density functional theory (DFT) methods and {for 4 and [(Bu4N)-Bu-n](Tpms(Ph)) (7), the tatter obtained upon Li+ replacement by [(Bu4N)-Bu-n](+) in Li(Tpms(Ph))} by single crystal X-ray diffraction analysis. The Zn-II and Cu-II complexes (3 and 4, respectively) act as efficient catalyst precursors for the diastereoselective nitroaldol reaction of benzaldehydes and nitroethane to the corresponding beta-nitroalkanols (up to 99% yield, at room temperature) with diastereoselectivity towards the formation of the anti isomer, whereas the Ni-II complex 2 only shows a modest catalytic activity.

Synthèse totale de la lépadine B : plate-forme pour la découverte de nouvelles tranformations chimiques

Dans ce document, serons détaillées les résultats de mes travaux de recherche d’études doctorales. Tout d’abord, nous discuterons de la synthèse totale de la lépadine B, la plus courte à paraître dans la littérature à ce jour. Cette synthèse, en plus de valoriser la synthèse asymétrique de pipéridines poly-substituées développée par l’équipe du professeur Charette, mettra à profit une utilisation originale d’une séquence de fermeture-ouverture de cycle par la réaction de métathèse d’alcènes. De plus, nous détaillerons une brève étude mécanistique de cette dernière nous ayant permis la proposition d’un mécanisme peu commun de ce type de séquence réactionnel et dont les conséquences expérimentales sont impressionnantes. Au cours de cette synthèse, nous avons identifié un synthon d’une grande valeur synthétique. En effet, ne comportant pas moins que quatre centres chiraux, ce synthon pouvait être obtenu énantiopure en seulement trois étapes à partir de la pyridine. Ainsi, nous avons effectué une analyse structurale de ce synthon et avons envisagé une valorisation supplémentaire par une utilisation originale de la fragmentation de Grob. Dans ce contexte, nous avons développé une toute nouvelle synthèse de pipéridines 2,3,6-trisubstituées hautement régio- et diastéréosélective. Afin de pouvoir réaliser la précédente méthodologie, nous avons dû étudier la réduction d’une amide en présence de groupements fonctionnels sensibles dans les conditions usuelles. Heureusement, l’année précédente nous avions développée une réaction hautement chimiosélective d’amides tertaires. Cette nouvelle réaction, qui a été fondamentalement inspiré par une méthodologie du professeur Charette sur l’activation d’amides, a permis la réduction d’amides tertiaires en présence de fonctions telles les cétone, ester, nitrile, époxyde, insaturations, etc. Enfin, l’ensemble des connaissances acquises au cours de ces projets a permis l’élaboration d’une toute nouvelle stratégie de synthèse pour la préparation d’indolizidines et quinolizidines. Plus spécifiquement, nous avons développé la première séquence d’activation intramoléculaire et déaromatization asymétrique de la pyridine. Ceci permet d’avoir un accès aux squelettes indolizidine et quinolizidine avec des stéréosélectivités élevées, la nature insaturée de ces derniers laissant également place à une grande flexibilité synthétique. Dans ce contexte, nous allons détailler une très courte synthèse de trans-indolizidines.

Enantiopure 3-substituted piperidines via an aziridinium ion ring expansion

Ce mémoire décrit le développement d’une nouvelle méthodologie d’expansion de cycle irréversible à partir de N-alkyl-3,4-déhydroprolinols pour former des N-alkyl tétrahydropyridines 3-substituées en passant par un intermédiaire aziridinium bicyclique. Cette méthode permet l’introduction d’un vaste éventail de substituants à la position 3 et tolère bien la présence de groupements aux positions 2 et 6, donnant accès à des pipéridines mono-, di- ou trisubstituées avec un excellent diastéréocontrôle. De plus, il est démontré que l’information stéréogénique du 3,4-déhydroprolinol de départ est totalement transférée vers le produit tétrahydropyridine. Additionnellement, une méthodologie fut dévelopée pour la préparation des produits de départ 3,4-déhydroprolinols en forme énantiopure, avec ou sans substituants aux positions 2 et 5, avec un très bon stéréocontrôle. Le premier chapitre présente un résumé de la littérature sur le sujet, incluant un bref survol des méthodes existantes pour la synthèse de pipéridines 3-substituées, ainsi qu’une vue d’ensemble de la chimie des aziridiniums. L’hypothèse originale ainsi que le raisonnement pour l’entreprise de ce projet y sont également inclus. Le second chapitre traite de la synthèse des N-alkyl-3,4-déhydroprolinols utilisés comme produits de départ pour l’expansion de cycle vers les tétrahydropyridines 3-substituées, incluant deux routes synthétiques différentes pour leur formation. Le premier chemin synthétique utilise la L-trans-4-hydroxyproline comme produit de départ, tandis que le deuxième est basé sur une modification de la réaction de Petasis-Mannich suivie par une métathèse de fermeture de cycle, facilitant l’accès aux précurseurs pour l’expansion de cycle. Le troisième chapitre présente une preuve de concept de la viabilité du projet ainsi que l’optimisation des conditions réactionnelles pour l’expansion de cycle. De plus, il y est démontré que l’information stéréogénique des produits de départs est transférée vers les produits. iv Au quatrième chapitre, l’étendue des composés pouvant être synthétisés par cette méthodologie est présentée, ainsi qu’une hypothèse mécanistique expliquant les stéréochimies relatives observées. Une synthèse énantiosélective efficace et divergente de tétrahydropyridines 2,3-disubstituées est également documentée, où les deux substituants furent introduits à partir d’un intermédiaire commun en 3 étapes.

Progrès vers la synthèse totale de la Pactamycine

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Synthèse totale de la pactamycine et d’une sélection d’analogues, progrès vers la synthèse totale de la daphniglaucine C et brève étude d’une transposition allylique réductrice

Il y a plus de cinquante ans, la pactamycine a été isolée en tant qu’agent antitumoral potentiel. Il a été réalisé plus tard qu’il s’agissait en fait d’un agent antibactérien capable d’inhiber la synthèse de protéines lors du procédé de traduction. Récemment, il a même été démontré que certains de ses analogues possèdent des propriétés antiprotozoaires prometteuses. La présente thèse détaille la première synthèse totale de la pactamycine, entreprise au sein du groupe Hanessian, ainsi que la préparation d’une sélection d’analogues testés pour leurs propriétés biologiques. En outre, la daphniglaucine C appartient à une vaste famille de composés naturels isolés des feuilles du daphniphyllum au cours des dix dernières années. Bien que relativement peu d’information soit connue par rapport à l’activité biologique de la daphniglaucine C, la synthèse de celle-ci représente certainement un défi intéressant pour un chimiste organicien. Au passage, nos efforts vers la synthèse totale du composé cible auront permis d’explorer l’emploi de plusieurs méthodes en vue de la formation de centres quaternaires. De plus, un réarrangement réductif atypique, catalysé au palladium à partir d’alcools allyliques non-activés, a été étudié et employé afin de générer une sélection de pyrrolidines polysubstituées.

Synthèse d’un inhibiteur de la rénine, l’aliskiren et développement de méthodes catalytiques d’alkylation asymétrique

Une nouvelle approche pour la synthèse de l’aliskiren, un puissant inhibiteur de la rénine pour le traitement de l’hypertension chez l’homme, a été développée. De cette approche, des étapes clés tels qu’une allylation avec un des catalyseurs de MacMillan, une cyclisation par métathèse (RCM) pour la préparation d’une lactone à neuf membres et une séquence de réactions d’aziridination diastéréosélective/réarrangement de cycle par une catalyse acide donnant un produit aminohydroxylé ont permis de compléter la synthèse de l’aliskiren en 11 étapes. Durant l’élaboration de la séquence de réactions pour la préparation de l’aliksiren, il a été noté que la lactone à neuf membres avait une facilité à se réarranger via des intermédiaires quinonoïdaux et les produits issus de cette tendance ont été analysés. De plus, une étude sur la réaction de RCM, donnant la lactone à neuf membres, a montré une dépendance envers la nature diastéréomérique du substrat de départ. Une méthodologie d’alpha-allylation asymétrique de cétones catalysée au palladium, tirant avantage d’un ligand chiral PHOX, a été explorée et utilisée en vue de la synthèse de l’aliskiren. De cette méthode, une étude pour la synthèse de produits alpha-allylcétones acycliques a été démontrée et un effet d’additif sur la sélectivité et la vitesse de réaction a été découvert. De plus, la production d’un intermédiaire avancé d’un produit d’intérêts a été accomplie et la nature de la contribution de l’additif a été investiguée. Les produits obtenus depuis la méthodologie d’allylation catalysée au palladium et la formation d’intermédiaire cationique des certains dérivés de la synthèse de l’aliskiren ont inspirés une nouvelle approche faisant appel à des techniques d’alkylation en catalyse acide pour la formation de produits diaryliques. Il a été trouvé que le catalyseur de chlorure d’or(III) et de triflate de bismuth(III) étaient particulièrement efficaces, démontrant une différence de cinétique pour la réactivité d’un mélange diastéréoisomériques d’alcools alpha-substitués de départ.

Stereoselektive Synthese von Stickstoffheterocyclen an Glycosylaminen als chiralen Auxiliaren

Alkaloide, im allgemeinen Stickstoffheterocyclen, sind wichtige Vorläuferverbindungen von pharmakologisch aktiven Substanzen. Die stereoselektive Synthese von Stickstoffheterocyclen ist von großem Interesse für die Entdeckung und Entwicklung von Arzneistoffen.In der Arbeit wurden Glycosylamine vom Typ des 2,3,4,6-Tetra-O-pivaloyl-?-D-galactosylamins bzw. des 2,3,4-Tri-O-pivaloyl-?-D-arabinosylamins zur diastereoselektiven Synthese mehrfach substituierter Stickstoffheterocyclen eingesetzt. In einer Tandem-Mannich-Michael-Reaktion eines Glycosylimins mit dem Danishefsky-Dien wurden die in Position 6 substituierten Dehydropiperidinone aufgebaut. In einer mehrstufigen Synthesesequenz konnte das 4a-Epimere des natürlichen Pumiliotoxin C als Hydrochlorid dargestellt werden.Mittels der Tandem-Mannich-Michael-Reaktion wurden auch 6,6`-disubstituierte Dehydropiperidinone dargestellt. Die Darstellung zweier Aza-spiro-Verbindungen gelang erstmals ausgehend von den Ketonen Cyclohexanon und 3-Methyl-cyclohexanon über die Glycosylketimine. Das in dieser Reaktion gefundene Nebenprodukt N-Glycosyl-6-(2´-oxo-propyl)-2,3 dehydropiperidin-4-on diente als Ausgangssubstanz für die Pinidinolsynthese.In der angewendeten Weise eignen sich Glycosylamine sehr gut für die stereoselektive Synthese von Stickstoffheterocyclen. Meistens werden die chirale Piperidinalkaloidvorläufer in hohen Ausbeuten und Diastereoselektivitäten erhalten.

Asymmetric synthesis of cyclic β-amino acids and cyclic amines via sequential diastereoselective conjugate addition and ring closing metathesis

Diastereoselective conjugate addition of lithium (S)-N-allyl-N-alpha-methylbenzylamide to a range of alpha,beta-unsaturated esters followed by ring closing metathesis is used to afford efficiently a range of substituted cyclic beta-amino esters in high d.e. Alternatively, conjugate addition to alpha,beta-unsaturated Weinreb amides, functional group conversion and ring closing metathesis affords cyclic amines in high d.e. The further application of this methodology to the synthesis of a range of carbocyclic beta-amino esters via conjugate addition, enolate alkylation and ring closing metathesis is also described. Application of this methodology affords, after deprotection, (S)-homoproline, (S)-homopipecolic acid, (S)-coniine and (1S,2S)-trans-pentacin.

Diastereoselective and enantioselective preparation of nor-mevaldic acid surrogates through desymmetrisation methodology. Enantioselective synthesis of (+) and (-) nor-mevalonic lactones

Solvent-free desymmetrisation of a meso-dialdehyde with chiral alcohols, led to preparation of 4-silyloxy-6-alkyloxytetrahydro-2H-pyran-2-one derivatives with a 96% de. This methodology, which yields the corresponding methyl nor-mevaldates with 99% ee, has been applied to the enantioselective synthesis of the (-)-(R) and (+)-(S) nor-mevalonic acid lactones.

A Ring Contraction Strategy toward a Diastereoselective Total Synthesis of (+)-Bakkenolide A

A diastereoselective route to (+)-bakkenolide A is presented from the readily available optically active Wieland-Miescher ketone. This novel synthesis of this sesquiterpene lactone features the following as key stereoselective transformations: (i) the ring contraction reaction of a octalone mediated by thallium(III) nitrate (TTN); (ii) a hydrogenation to create the cis-fused junction; and (iii) the formation of the C7 quaternary center through an enolate intermediate. Furthermore, during this work, the absolute configuration of a trinorsesquiterpene isolated from Senecio Humillimus was assigned.

A Diastereoselective Total Synthesis of trans-Trikentrin A: A Ring Contraction Approach

A new route to obtain the polyalkylated indole (+/-)-trans-trikentrin A was developed. The synthesis of this natural alkaloid features a thallium(III)mediated ring contraction reaction to obtain the trans-1,3-disubstituted five-membered ring in a diastereoselective manner. Thallium(III) is chemoselective in this rearrangement, reacting with the olefin without oxidation of the indole moiety. Other key transformations are the Bartoli`s reaction to construct the heterocyclic ring and a Heck coupling to add the carbons atom that will originate the nonaromatic cycle.