Synthesis of highly substituted pyrrolidines via palladium-catalyzed cyclization of 5-vinyloxazolidinones and activated alkenes

N-Tosyl-5,5-divinyloxazolidin-2-one undergoes a palladium-catalyzed decarboxylative cyclization across a range of electrophilic alkenes to give the corresponding pyrrolidine derivatives bearing two contiguous quaternary centres. Alkenes bearing two electron-withdrawing groups are required; pyrrolidines were not formed from mono-activated alkenes. Bulky, electron-rich phosphines promote pyrrolidine formation with less highly electrophilic, doubly activated alkenes, and a dramatic improvement is observed in the presence of iodide.

Simple and efficient synthesis of substituted 2-pyrrolidinones, 2-pyrrolones and pyrrolidines from enaminones of Baylis-Hillman derivatives of 3-isoxazolecarbaldehydes

The enaminones, generated from derivatives of appropriately substituted Baylis-Hillman adducts of 3-isoxazolecarbaldehydes undergo intramolecular ring-closure reactions to afford substituted 2-pyrrolidinones, 1,5-dihydro-2-pyrrolones and N-substituted pyrrolidines in good yields.

Preparation of alpha,beta-Unsaturated Diazoketones Employing a Horner-Wadsworth-Emmons Reagent

A new method for the preparation of alpha,beta-unsaturated diazoketones from aldehydes and a Horner-Wadsworth- Emmons reagent is reported. The method was applied to the short synthesis of two substituted pyrrolidines.

Synthese hochsubstituierter Pyrrolidine aus alpha-Aminonitrilen und alpha-(Alkylidenamino)-nitrilen

Viele substituierte Pyrrolidine zeigen eine hohe Affinität zu biologischen Makromolekülen wie zu G-Protein-gekoppelten Rezeptoren, Ionenkanälen oder Enzymen. Eine synthetische Route zur Darstellung von Pyrrolidinen mit der Möglichkeit, alle fünf Ringatome variabel zu substituieren, ist daher von Interesse für die pharmazeutische Forschung. In der vorliegenden Arbeit werden zwei neue Synthesestrategien zur Darstellung hochsubstituierter Pyrrolidine vorgestellt: Die 1,4-Addition von -Aminonitrilen an ,-ungesättigte Carbonylverbindungen liefert cyclische Zwischenprodukte, die in einer Eintopfreaktion zu Pyrrolidinen reduziert werden können. Die Cyanogruppe wird dabei im Reduktionsschritt aus dem Molekül entfernt, so dass keine unerwünschten Funktionalitäten im Zielmolekül zurückbleiben. In analoger Weise reagieren -(Alkylidenamino)-nitrile mit ,-ungesättigten Carbonylverbindungen. Nach Reduktion der Intermediate können polysubstituierte Pyrrolidine erhalten werden. Im Gegensatz zu -Aminonitrilen lassen sich -(Alkylidenamino)-nitrile allerdings auch mit CH-aciden ,-ungesättigten Carbonylverbindungen umsetzten, und erlauben so die Darstellung von substituierten Pyrrolidinen, die mit der zuerst genannten Methode nicht zugänglich sind. Die Übertragung beider Synthesestrategien auf die Darstellung von polycyclischen Pyrrolidinen wie dem Alkaloid Crispin A wird ebenfalls in dieser Arbeit beschrieben.

Synthesis and aplication of linear and macrocyclic nitrogen ligand

Linear and macrocyclic nitrogen ligands have been found wide application during the years. Nitrogen has a much strong association with transition-metal ions because the electron pair is partucularly available for complexing purposes. We started our investigation with the synthesis of new chiral perazamacrocycles containing four pyrrole rings. This ligand was synthesized by the [2+2]condensation of (R,R)-diaminocyclohexane and dipirranedialdehydes and was tested, after a complexation with Cu(OAc)2, in Henry reactions. The best yields (96%) and higher ee’s (96%) were obtained when the meso-substituent on the dipyrrandialdehyde was a methyl group. The positive influence of the pyrrole-containing macrocyclic structure on the efficiency/enantioselectivity of the catalytic system was demonstrated by comparison with the Henry reactions performed using analogous ligands. Henry product was obtain in good yield but only 73% of ee, when the dialdehyde unit was replaced by a triheteroaromatic dialdehye (furan-pyrrol-furan). Another well known macrocyclic ligand is calix[4]pyrrole. We decided to investigate, in collaboration with Neier’s group, the metal-coordinating properties of calix[2]pyrrole[2]pyrrolidine compounds obtained by the reduction of calix[4]pyrrole. We focused our attention on the reduction conditions, and tested different Pd supported (charcoal, grafite) catalysts at different condition. Concerning the synthesis of linear polyamine ligands. We focused our attention to the synthesis of 2-heteroaryl- and 2,5-diheteroarylpyrrolidines. The reductive amination reaction of diarylketones and aryl-substitutedketo-aldehydes with different chiral amines was exploited to prepare a small library of diastereo-enriched substituted pyrrolidines. We have also described a new synthetic route to 1,2-disubstituted 1,2,3,4-tetrahydropyrrole[1,2-a]pyrazines, which involves the diastereoselective addition of Grignard reagents to chiral oxazolidines. The best diastereoselectivity (98:2) was dependent on the nature of both the chiral auxiliary, (S)-1-phenylglycinol, and the nature of the organometallic reagent (MeMgBr).

Design and synthesis of constrained azacyclic pyrrolidine analogues of FTY720 as anticancer agents & metal coordination-controlled and bifunctional catalysis toward tertiary β-Ketols

Cette thèse se compose en deux parties: Première Partie: La conception et la synthèse d’analogues pyrrolidiniques, utilisés comme agents anticancéreux, dérivés du FTY720. FTY720 est actuellement commercialisé comme médicament (GilenyaTM) pour le traitement de la sclérose en plaques rémittente-récurrente. Il agit comme immunosuppresseur en raison de son effet sur les récepteurs de la sphingosine-1-phosphate. A fortes doses, FTY720 présente un effet antinéoplasique. Cependant, à de telles doses, un des effets secondaires observé est la bradycardie dû à l’activation des récepteurs S1P1 et S1P3. Ceci limite son potentiel d’utilisation lors de chimiothérapie. Nos précédentes études ont montré que des analogues pyrrolidiniques dérivés du FTY720 présentaient une activité anticancéreuse mais aucune sur les récepteurs S1P1 et S1P3. Nous avons soumis l’idée qu’une étude relation structure-activité (SARs) pourrait nous conduire à la découverte de nouveaux agents anti tumoraux. Ainsi, deux séries de composés pyrrolidiniques (O-arylmethyl substitué et C-arylmethyl substitué) ont pu être envisagés et synthétisés (Chapitre 1). Ces analogues ont montré d’excellentes activités cytotoxiques contre diverses cellules cancéreuses humaines (prostate, colon, sein, pancréas et leucémie), plus particulièrement les analogues actifs qui ne peuvent pas être phosphorylés par SphK, présentent un plus grand potentiel pour le traitement du cancer sans effet secondaire comme la bradycardie. Les études mécanistiques suggèrent que ces analogues de déclencheurs de régulation négative sur les transporteurs de nutriments induisent une crise bioénergétique en affamant les cellules cancéreuses. Afin d’approfondir nos connaissances sur les récepteurs cibles, nous avons conçu et synthétisé des sondes diazirine basées sur le marquage d’affinité aux photons (méthode PAL: Photo-Affinity Labeling) (Chapitre 2). En s’appuyant sur la méthode PAL, il est possible de récolter des informations sur les récepteurs cibles à travers l’analyse LC/MS/MS de la protéine. Ces tests sont en cours et les résultats sont prometteurs. Deuxième partie: Coordination métallique et catalyse di fonctionnelle de dérivés β-hydroxy cétones tertiaires. Les réactions de Barbier et de Grignard sont des méthodes classiques pour former des liaisons carbone-carbone, et généralement utilisées pour la préparation d’alcools secondaires et tertiaires. En vue d’améliorer la réaction de Grignard avec le 1-iodobutane dans les conditions « one-pot » de Barbier, nous avons obtenu comme produit majoritaire la β-hydroxy cétone provenant de l’auto aldolisation de la 5-hexen-2-one, plutôt que le produit attendu d’addition de l’alcool (Chapitre 3). La formation inattendue de la β-hydroxy cétone a également été observée en utilisant d’autres dérivés méthyl cétone. Étonnement dans la réaction intramoléculaire d’une tricétone, connue pour former la cétone Hajos-Parrish, le produit majoritaire est rarement la β-hydroxy cétone présentant la fonction alcool en position axiale. Intrigué par ces résultats et après l’étude systématique des conditions de réaction, nous avons développé deux nouvelles méthodes à travers la synthèse sélective et catalytique de β-hydroxy cétones spécifiques par cyclisation intramoléculaire avec des rendements élevés (Chapitre 4). La réaction peut être catalysée soit par une base adaptée et du bromure de lithium comme additif en passant par un état de transition coordonné au lithium, ou bien soit à l’aide d’un catalyseur TBD di fonctionnel, via un état de transition médiée par une coordination bidenté au TBD. Les mécanismes proposés ont été corroborés par calcul DFT. Ces réactions catalytiques ont également été appliquées à d’autres substrats comme les tricétones et les dicétones. Bien que les efforts préliminaires afin d’obtenir une enantioselectivité se sont révélés sans succès, la synthèse et la recherche de nouveaux catalyseurs chiraux sont en cours.

Design and synthesis of constrained azacyclic pyrrolidine analogues of FTY720 as anticancer agents & metal coordination-controlled and bifunctional catalysis toward tertiary β-Ketols

Cette thèse se compose en deux parties: Première Partie: La conception et la synthèse d’analogues pyrrolidiniques, utilisés comme agents anticancéreux, dérivés du FTY720. FTY720 est actuellement commercialisé comme médicament (GilenyaTM) pour le traitement de la sclérose en plaques rémittente-récurrente. Il agit comme immunosuppresseur en raison de son effet sur les récepteurs de la sphingosine-1-phosphate. A fortes doses, FTY720 présente un effet antinéoplasique. Cependant, à de telles doses, un des effets secondaires observé est la bradycardie dû à l’activation des récepteurs S1P1 et S1P3. Ceci limite son potentiel d’utilisation lors de chimiothérapie. Nos précédentes études ont montré que des analogues pyrrolidiniques dérivés du FTY720 présentaient une activité anticancéreuse mais aucune sur les récepteurs S1P1 et S1P3. Nous avons soumis l’idée qu’une étude relation structure-activité (SARs) pourrait nous conduire à la découverte de nouveaux agents anti tumoraux. Ainsi, deux séries de composés pyrrolidiniques (O-arylmethyl substitué et C-arylmethyl substitué) ont pu être envisagés et synthétisés (Chapitre 1). Ces analogues ont montré d’excellentes activités cytotoxiques contre diverses cellules cancéreuses humaines (prostate, colon, sein, pancréas et leucémie), plus particulièrement les analogues actifs qui ne peuvent pas être phosphorylés par SphK, présentent un plus grand potentiel pour le traitement du cancer sans effet secondaire comme la bradycardie. Les études mécanistiques suggèrent que ces analogues de déclencheurs de régulation négative sur les transporteurs de nutriments induisent une crise bioénergétique en affamant les cellules cancéreuses. Afin d’approfondir nos connaissances sur les récepteurs cibles, nous avons conçu et synthétisé des sondes diazirine basées sur le marquage d’affinité aux photons (méthode PAL: Photo-Affinity Labeling) (Chapitre 2). En s’appuyant sur la méthode PAL, il est possible de récolter des informations sur les récepteurs cibles à travers l’analyse LC/MS/MS de la protéine. Ces tests sont en cours et les résultats sont prometteurs. Deuxième partie: Coordination métallique et catalyse di fonctionnelle de dérivés β-hydroxy cétones tertiaires. Les réactions de Barbier et de Grignard sont des méthodes classiques pour former des liaisons carbone-carbone, et généralement utilisées pour la préparation d’alcools secondaires et tertiaires. En vue d’améliorer la réaction de Grignard avec le 1-iodobutane dans les conditions « one-pot » de Barbier, nous avons obtenu comme produit majoritaire la β-hydroxy cétone provenant de l’auto aldolisation de la 5-hexen-2-one, plutôt que le produit attendu d’addition de l’alcool (Chapitre 3). La formation inattendue de la β-hydroxy cétone a également été observée en utilisant d’autres dérivés méthyl cétone. Étonnement dans la réaction intramoléculaire d’une tricétone, connue pour former la cétone Hajos-Parrish, le produit majoritaire est rarement la β-hydroxy cétone présentant la fonction alcool en position axiale. Intrigué par ces résultats et après l’étude systématique des conditions de réaction, nous avons développé deux nouvelles méthodes à travers la synthèse sélective et catalytique de β-hydroxy cétones spécifiques par cyclisation intramoléculaire avec des rendements élevés (Chapitre 4). La réaction peut être catalysée soit par une base adaptée et du bromure de lithium comme additif en passant par un état de transition coordonné au lithium, ou bien soit à l’aide d’un catalyseur TBD di fonctionnel, via un état de transition médiée par une coordination bidenté au TBD. Les mécanismes proposés ont été corroborés par calcul DFT. Ces réactions catalytiques ont également été appliquées à d’autres substrats comme les tricétones et les dicétones. Bien que les efforts préliminaires afin d’obtenir une enantioselectivité se sont révélés sans succès, la synthèse et la recherche de nouveaux catalyseurs chiraux sont en cours.

A New Class Of Potential Chloroquine Resistance Reversal Agents For Plasmodia: Syntheses And Biological Evaluation 1-[(3’-Diethylaminopropyl)-3-(Substituted Phenylmethylene)-Pyrrolidines

1-[(3’-Diethylaminopropyl)-3-(substitutedphenylmethylene) pyrrolidines] were synthe-sized and evaluated for CQ resistant reversal activity. The compounds of the series elicit better biological response than their phenyl methyl analogues in general. The most active compound 4b has been evaluated in vivo in details and the results are presented. The possible mode of action of the compounds of this series is by inhibition of the enzyme heme oxygenase, thereby increasing the levels of heme and hemozoin, which are lethal to the parasite.

Stereoselective synthesis of 5-substituted pyrrolo[1,2-c]imidazol-3-ones. Access to aldosterone synthase inhibitors and chiral precatalysts

Compounds containing the pyrrolidine moiety are key substructures of compounds with biological activity and organocatalysts. In particular, annulated chiral pyrrolidines with alpha stereogenic centers have aldostereone synthase inhibition activity. In addition, 5-substituted pyrroloimidazol(in)ium salts precursors to N-heterocyclic carbene (NHC) precatalysts are rare due to a lack of convenient synthetic routes to access them. In this thesis is described a rapid synthesis of NHC precursors and a possible route to 5-substituted pyrroloimidazole biologically active compounds. The method involves the preparation of chiral saturated and achiral unsaturated pyrrolo[I,2- c]imidazol-3-ones from N-Cbz-protected t-Butyl proline carboxamide. The resulting starting materials may be used to prepare the target chiral annulated imidazol(in)ium products by a two-step sequence involving first stereoselective lithiation-substitution, followed by POCh induced salt formation.

Comparative Electrochemical Study of Unsubstituted and Substituted Bis(phthalocyaninato) Rare Earth(III) Complexes

The electrochemistry of homoleptic substituted phthalocyaninato rare earth double-decker complexes M(TBPc)2 and M(OOPc)2 [M = Y, La...Lu except Pm; H2TBPc = 3(4),12(13),21(22),30(31)-tetra-tert-butylphthalocyanine, H2OOPc = 3,4,12,13,21,22,30,31-octakis(octyloxy)phthalocyanine] has been comparatively studied by cyclic voltammetry (CV) and differential pulse voltammetry (DPV) in CH2Cl2 containing 0.1 M tetra-n-butylammonium perchlorate (TBAP). Two quasi-reversible one-electron oxidations and three or four quasi-reversible one-electron reductions have been revealed for these neutral double-deckers of two series of substituted complexes, respectively. For comparison, unsubstituted bis(phthalocyaninato) rare earth analogues M(Pc)2 (M = Y, La...Lu except Pm; H2Pc = phthalocyanine) have also been electrochemically investigated. Two quasi-reversible one-electron oxidations and up to five quasi-reversible one-electron reductions have been revealed for these neutral double-decker compounds. The three bis(phthalocyaninato)cerium compounds display one cerium-centered redox wave between the first ligand-based oxidation and reduction. The half-wave potentials of the first and second oxidations and first reduction for double-deckers of the tervalent rare earths depend on the size of the metal center. The difference between the redox potentials of the second and third reductions for MIII(Pc)2, which represents the potential difference between the first oxidation and first reduction of [MIII(Pc)2]−, lies in the range 1.08−1.37 V and also gradually diminishes along with the lanthanide contraction, indicating enhanced π−π interactions in the double-deckers connected by the smaller, lanthanides. This corresponds well with the red-shift of the lowest energy band observed in the electronic absorption spectra of reduced double-decker [MIII(Pc′)2]− (Pc′ = Pc, TBPc, OOPc).

Hydrogen bonding in the water stabilized structure of the modified unsymmetrically substituted viologen chromophore, N-ethyl-N'-(2-phosphonomethyl)-4,4'-bipyridylium dichloride

The crystal structure of the modified unsymmetrically N, N'-substituted viologen chromophore, N-ethyl- N'-(2-phosphonoethyl)-4, 4'-bipyridinium dichloride 0.75 hydrate. (1) has been determined. Crystals are triclinic, space group P-1 with Z = 2 in a cell with a = 7.2550(1), b = 13.2038(5), c = 18.5752(7) Å, α = 86.495(3), β = 83.527(2), γ = 88.921(2)o. The two independent but pseudo-symmetrically related cations in the asymmetric unit form one-dimensional hydrogen-bonded chains through short homomeric phosphonic acid O-H...O links [2.455(4), 2.464(4)A] while two of the chloride anions are similarly strongly linked to phosphonic acid groups [O-H…Cl, 2.889(4), 2.896(4)Å]. The other two chloride anions together with the two water molecules of solvation (one with partial occupancy) form unusual cyclic hydrogen-bonded bis(Cl...water) dianion units which lie between the layers of bipyridylium rings of the cation chain structures with which they are weakly associated.

Thermal analysis of synthetic reevesite and cobalt substituted reevesite (Ni,Co)6Fe2(OH)16(CO3)•4H2O

The mineral reevesite and the cobalt substituted reevesite have been synthesised. The d(003) spacings of the minerals ranged from 7.54 to 7.95 Å. The maximum d(003) value occurred at around Ni:Co 0.4:0.6. This maximum in interlayer distance is proposed to be due to a greater number of carbonate anions and water molecules intercalated into the structure. The stability of the reevesite and cobalt doped reevesite was determined by thermogravimetric analysis. The maximum temperature of the reevesite occurs for the unsubstituted reevesite and is around 220°C. The effect of cobalt substitution results in a decrease in thermal stability of the reevesites. Four thermal decomposition steps are observed and are attributed to dehydration, dehydroxylation and decarbonation, decomposition of the formed carbonate and oxygen loss at ~807 °C. A mechanism for the thermal decomposition of the reevesite and the cobalt substituted reevesite is proposed.

Hydrogen bonding in the anhydrous 1:1 proton-transfer compounds of isonipecotamide with nitro-substituted benzoic acids: the salts of the three isomeric mononitrobenzoic acids and of 3,5-dinitrobenzoic acid

The structures of the anhydrous 1:1 proton-transfer compounds of isonipecotamide (piperidine-4-carboxamide) with the three isomeric mononitro-substituted benzoic acids and 3,5-dinitrobenzoic acid, namely 4-carbamoylpiperidinium 2-nitrobenzoate (I), 4-carbamoylpiperidinium 3-nitrobenzoate (II), 4-carbamoylpiperidinium 4-nitrobenzoate (III), (C6H13N2O+ C7H4NO4-) and 4-carbamoylpiperidinium 3,5-dinitrobenzoate (IV) (C6H13N2O+ C7H5N2O6-)respectively, have been determined at 200 K. All salts form hydrogen-bonded structures: three-dimensional in (I), two-dimensional in (II) and (III) and one-dimensional in (IV). Featured in the hydrogen bonding of three of these [(I), (II) and (IV)] is the cyclic head-to-head amide--amide homodimer motif [graph set R2/2~(8)] through a duplex N---H...O association, the dimer then giving structure extension via either piperidinium or amide H-donors and carboxylate-O and in some examples [(II) and (IV)], nitro-O atom acceptors. In (I), the centrosymmetric amide-amide homodimers are expanded laterally through N-H...O hydrogen bonds via cyclic R2/4(8) interactions forming ribbons which extend along the c cell direction. These ribbons incorporate the 2-nitrobenzoate cations through centrosymmetric cyclic piperidine N-H...O(carboxyl) associations [graph set R4/4(12)], giving inter-connected sheets in the three-dimensional structure. In (II) in which no amide-amide homodimer is present, duplex piperidinium N-H...O(amide) hydrogen-bonding homomolecular associations [graph set R2/2(14)] give centrosymmetric head-to-tail dimers. Structure extension occurs through hydrogen-bonding associations between both the amide H-donors and carboxyl and nitro O-acceptors as well as a three-centre piperidinium N-H...O,O'(carboxyl) cyclic R2/1(4) association giving the two-dimensional network structure. In (III), the centrosymmetric amide-amide dimers are linked through the two carboxyl O-atom acceptors of the anions via bridging piperidinium and amide N-H...O,O'...H-N(amide) hydrogen bonds giving the two-dimensional sheet structure which features centrosymmetric cyclic R4/4(12) associations. In (IV), the amide-amide dimer is also centrosymmetric with the dimers linked to the anions through amide N-H...O(nitro) interactions. The piperidinium groups extend the structure into one-dimensional ribbons via N-H...O(carboxyl) hydrogen bonds. The structures reported here further demonstrate the utility of the isonipecotamide cation in molecular assembly and highlight the efficacy of the cyclic R2/2(8) amide-amide hydrogen-bonding homodimer motif in this process and provide an additional homodimer motif type in the head-to-tail R2/2(14) association.