Study of the volatile compounds from plum (Prunus domestica L. cv. Horvin) and estimation of their contribution to the fruit aroma

Simultaneous Distillation-Extraction (SDE) and headspace-solid phase microextraction (HS-SPME) combined with GC-FID and GC-MS were used to analyze volatile compounds from plum (Prunus domestica L. cv. Horvin) and to estimate the most odor-active compounds by application of the Odor Activity Values (OAV). The analyses led to the identification of 148 components, including 58 esters, 23 terpenoids, 14 aldehydes, 11 alcohols, 10 ketones, 9 alkanes, 7 acids, 4 lactones, 3 phenols, and other 9 compounds of different structures. According to the results of SDE-GC-MS, SPME-GC-MS and OAV, ethyl 2-methylbutanoate, hexyl acetate, (E)-2-nonenal, ethyl butanoate, (E)-2-decenal, ethyl hexanoate, nonanal, decanal, (E)-β-ionone, Γ-dodecalactone, (Z)-3-hexenyl acetate, pentyl acetate, linalool, Γ-decalactone, butyl acetate, limonene, propyl acetate, Δ-decalactone, diethyl sulfide, (E)-2-hexenyl acetate, ethyl heptanoate, (Z)-3-hexenol, (Z)-3-hexenyl hexanoate, eugenol, (E)-2-hexenal, ethyl pentanoate, hexyl 2-methylbutanoate, isopentyl hexanoate, 1-hexanol, Γ-nonalactone, myrcene, octyl acetate, phenylacetaldehyde, 1-butanol, isobutyl acetate, (E)-2-heptenal, octadecanal, and nerol are characteristic odor active compounds in fresh plums since they showed concentrations far above their odor thresholds.

Characterization and classification of pequi trees (Caryocar brasiliense Camb.) based on the profile of volatile constituents using headspace solid-phase microextraction - gas chromatography - mass spectrometry and multivariate analysis

In order to determine the variability of pequi tree (Caryocar brasiliense Camb.) populations, volatile compounds from fruits of eighteen trees representing five populations were extracted by headspace solid-phase microextraction and analyzed by gas chromatography-mass spectrometry. Seventy-seven compounds were identified, including esters, hydrocarbons, terpenoids, ketones, lactones, and alcohols. Several compounds had not been previously reported in the pequi fruit. The amount of total volatile compounds and the individual compound contents varied between plants. The volatile profile enabled the differentiation of all of the eighteen plants, indicating that there is a characteristic profile in terms of their origin. The use of Principal Component Analysis and Cluster Analysis enabled the establishment of markers (dendrolasin, ethyl octanoate, ethyl 2-octenoate and β-cis-ocimene) that discriminated among the pequi trees. According to the Cluster Analysis, the plants were classified into three main clusters, and four other plants showed a tendency to isolation. The results from multivariate analysis did not always group plants from the same population together, indicating that there is greater variability within the populations than between pequi tree populations.

Développement d'un tandem multicatalytique méthylénation - couplage de Heck et Approche synthétique de l'Hodgsonox

Cette thèse comprend deux parties distinctes, dans lesquelles seront décrits tout d’abord, le développement d’un procédé multicatalytique en un seul pot d’une réaction de méthylénation suivie d’un couplage de Heck, puis dans un second temps, une étude vers la synthèse de l’Hodgsonox. Le premier thème de la thèse correspond à la mise en place d’un procédé en un seul pot, basé sur la méthodologie de méthylénation catalysée par un métal de transition, développée au sein du groupe du Pr. Lebel, et sur des couplages de Heck. Différentes études de compatibilité des réactifs mis en présence sont abordées, ainsi que le choix des conditions optimales (Pd(OAc)2 et P(o-tol)3) pour la réalisation d’un tel système qui ne requiert aucun isolement du produit intermédiaire. Il a été démontré que la présence de triphénylphosphine en excès inhibe la réaction de couplage de Heck, ce qui a finalement orienté notre choix vers les sels de cuivre pour la catalyse de la réaction de méthylénation. Le tandem séquentiel a ensuite été appliqué à la synthèse de divers stilbènes, notamment des composés dérivés du Resvératrol, molécule d’intérêt thérapeutique pour les maladies cardiovasculaires, et à la synthèse d’indanes substitués, avec un couplage intramoléculaire, avec de bons rendements. La deuxième partie de cette thèse traite de l’étude menée vers la synthèse de l’Hodgsonox. Cette molécule correspond à une nouvelle classe de sesquiterpènes tricycliques, comportant un dihydropyrane doté d’une fonction éther diallylique. Cette molécule représente un défi synthétique pour le groupe du Pr. Lebel, qui envisage de synthétiser les deux doubles liaisons terminales au moyen de la méthodologie de méthylénation développée au sein du groupe. L’Hodgsonox, dont la biosynthèse utilise la voie MEP, a un potentiel insecticide pour la croissance de la larve de la mouche verte d’Australie, Lucilia cuprina. La synthèse envisagée au cours de ces travaux est basée sur la formation préalable d’un cycle à 5 chaînons, comportant 3 centres stéréogéniques, puis sur la cyclisation du cycle pyranique au moyen d’une réaction d’insertion dans un lien O H. Un dédoublement cinétique dynamique sur une δ butyrolactone substituée permet de fixer la stéréochimie relative de deux centres chiraux dès la première étape. Le cycle à 5 chaînons est ensuite formé par métathèse après 6 étapes avec un rendement de 37%. Une addition conjuguée suivie d’une réaction de Saegusa et d’une réaction d’hydrosilylation introduit le groupement isopropyle de manière syn. Après mise en place d’un groupement céto-ester, un transfert de groupement diazonium permet de préparer le précurseur pour la réaction d’insertion dans un lien O-H. Le bicycle correspondant à la structure de base de l’Hodgsonox a été préparé au moyen de 16 étapes linéaires avec un rendement global de 12%.

Synthesis and characterization of main-chain bile acid-based degradable polymers

Les acides biliaires sont des composés naturels existants dans le corps humain. Leur biocompatibilité, leur caractère amphiphile et la rigidité de leur noyau stéroïdien, ainsi que l’excellent contrôle de leurs modifications chimiques, en font de remarquables candidats pour la préparation de matériaux biodégradables pour le relargage de médicaments et l'ingénierie tissulaire. Nous avons préparé une variété de polymères à base d’acides biliaires ayant de hautes masses molaires. Des monomères macrocycliques ont été synthétisés à partir de diènes composés de chaînes alkyles flexibles attachées à un noyau d'acide biliaire via des liens esters ou amides. Ces synthèses ont été réalisées par la fermeture de cycle par métathèse, utilisant le catalyseur de Grubbs de première génération. Les macrocycles obtenus ont ensuite été polymérisés par ouverture de cycle, entropiquement induite le catalyseur de Grubbs de seconde génération. Des copolymères ont également été préparés à partir de monolactones d'acide ricinoléique et de monomères cycliques de triester d’acide cholique via la même méthode. Les propriétés thermiques et mécaniques et la dégradabilité de ces polymères ont été étudiées. Elles peuvent être modulées en modifiant les différents groupes fonctionnels décorant l’acide biliaire et en ayant recours à la copolymérisation. La variation des caractéristiques physiques de ces polymères biocompatibles permet de moduler d’autres propriétés utiles, tel que l’effet de mémoire de forme qui est important pour des applications biomédicales.

Progrès vers la synthèse totale de l'hodgsonox

Ce mémoire présente une poursuite de l’étude vers la synthèse de l’hodgsonox, un sesquiterpénoïde naturel possédant des propriétés insecticides contre la mouche verte d’Australie, Lucilia cuprina. L’hodgsonox comporte six centres stéréogènes et trois cycles : un époxyde fusionné à un cycle à cinq chaînons et une fonction éther cyclique à six chaînons doublement allylique. La stratégie de synthèse de l’hodgsonox proposée comporte dix-neuf étapes linéaires. Elle s’appuie sur les travaux préliminaires de Lise Bréthous, étudiante au doctorat, de Nicolas Lévaray, étudiant à la maîtrise, ainsi que du Dr. Ying Dong Lu et de la Dr. Sonia Diab, qui ont tous travaillé précédemment dans le groupe de la Pr. Lebel. La première étape de cette synthèse consiste en une hydrogénation cinétique dynamique de Noyori permettant d’obtenir un seul diastéréoisomère à partir de l’α-acétylbutyrolactone. Une séquence de six étapes linéaires supplémentaires, comprenant l’ouverture de la lactone ainsi qu’une métathèse d’oléfine, permet d’obtenir le cycle à cinq chaînons avec un rendement global de 37%. L’unité isopropyle est par la suite installée par une addition conjuguée pour former un éther d’énol silylé, qui est directement oxydé en la cétone correspondante avec l’acétate de palladium(II). Une réaction d’hydrosilylation subséquente permet d’obtenir la stéréochimie syn attendue de l’unité isopropyle. Par la suite, la carbonylation d’un intermédiaire triflate permet d’obtenir le squelette de base pour la formation de l’éther cyclique. Enfin, le cycle à six chaînons est formé par insertion O−H intramoléculaire d’un diazo avec un rendement global de 2% sur 17 étapes. Les travaux spécifiques de l’auteure comprennent l’évaluation de conditions catalytiques pour l’oxydation de Saegusa de l’éther d’énol silylé. Les trois dernières étapes ont également été explorées par l’auteure. Il s’agit de l’époxydation de la double liaison endocyclique, de l’insertion dans un lien O−H catalysée par un dimère de rhodium, et de la méthylénation. Enfin, l’exploration d’une voie alternative a été entamée. Cette nouvelle voie consiste à former l’éther cyclique par une substitution nucléophile sur un époxyde. La double liaison exo-cyclique serait installée par une simple réaction de déshydratation.

Synthesis of constrained tricyclic nucleosides and the core of nagilactone B

Cette thèse décrit deux thèmes principaux: 1) la conception, la synthèse, et l'évaluation biophysique des nucléosides tricycliques, et 2) la synthèse de nagilactone B, un produit naturel norditerpenoïde dilactone de la famille de produits naturels “podolactone”. Le premier chapitre décrit la stratégie de design rationnel des nucléosides nommé “restriction conformationnelle double” basée sur les études de modélisation structurales des duplex ADN–ARN modifiés. Cette stratégie implique un blocage du cycle furanose dans une configuration de type N- ou S, et une restriction de la rotation torsionelle autour de l’angle γ. La première contrainte a été incorporée avec un pont méthylène entre l’oxygène en position 2′ et le carbone 4′ du nucléoside. Cette stratégie a été inspirée par les acides nucléiques bloqués (ou “locked nucleic acid”, LNA). La deuxième contrainte a été réalisée en ajoutant un carbocycle supplémentaire dans l'échafaud de l’acide nucléique bloqué. Les défis synthétiques de la formation des nucléotides modifiés à partir des carbohydrates sont décrits ainsi que les améliorations aux stabilités thermiques qu’ils apportent aux duplex oligonucléïques dont ils font partie. Chapitres deux et trois décrivent le développement de deux voies synthétiques complémentaires pour la formation du noyau de nagilactone B. Ce produit naturel a des implications pour le syndrome de Hutchinson–Gilford, à cause de son habilité de jouer le rôle de modulateur de l’épissage d’ARN pré-messager de lamine A. Ce produit naturel contient sept stereocentres différents, dont deux quaternaires et deux comprenant un syn-1,2-diol, ainsi que des lactones à cinq ou six membres, où le cycle à six ressemble à un groupement α-pyrone. La synthèse a débuté avec la cétone de Wieland-Miescher qui a permis d’adresser les défis structurels ainsi qu’explorer les fonctionnalisations des cycles A, B et D du noyau de nagilactone B.

Studies on the Synthesis and Transformations of a Few 2(3H)- and 3(2H)-Furanones

The thesis entitled studies on the synthesis and transformations of a few 2(3H)- and 3(2H)- furanones. Furanones represent an interesting class of heterocyclic compounds, which constitute the central ring system of many natural products. The derivatives of furan is divided, depending on their structure 2(3H)-furanones(I), 2(5H)-furanones(II), and 3(2H)-furanones(III). Systems I&II are unsatured gama lactones known as ‘butenolides’. Compounds of this type also known as ‘crotonolactones’ based on the parent crotonic acid. In conclusion a number of 2(3H)-and 3(2H)- furanones were synthesized from dibenzoylalkene precursors and were characterized on the basis of spectral analytical and X-ray data. On direct irradiation 3,3-bis(4-chloropheneyl)-5-aryl-3H-furan -2-ones underwent decarbonylation to yield the corresponding alpha, beta- unsaturated carbonyl compounds and upon sensitized irradiation they underwent dimersation arising through a 2+2 cycloaddition reaction. Our studies on 3(2H)-furanones revealed that these compounds are thermally stable, while they undergo extensive decomposition to intractable mixtures under the influence of light. Similarly, the novel dibenzoylalkenes- type systems containing hetroatomatic rings synthesized by us also underwent extensive decomposition under the influence of heat. Some of the 3(2H)-furanones synthesized by us exhibit remarkable anti-proliferative activity.

2(3H)-Furanones and related substrates: Synthetic strategies and selectivity profile in their reactivity

The synthesis and reactions of simple derivatives of 2(3H)- and 3(2H)furanones have attracted considerable attention in recent years, primarily in connection with development of routes to antitumor agents that contain this ring as central structural unit. They also serve as useful synthetic building blocks for lactones and furans and are the precursors of a wide variety of biologically important heterocyclic systems. Although a number of syntheses of furanones were known they were in many cases limited to specific substitution pattems. The development of altemative strategies for the preparation of these heterocycles is therefore of considerable importance or continues to be a challenge.We propose to develop new and general approaches to the synthesis of furanone ring systems from simple and readily available starting materials since we were interested in examining their rich photochemistry. The photochemical reactivity of Beta,gama-unsaturated lactams and lactones is a subject of current interest. Some of the prominent photoreaction pathways of unsaturated lactones include decarbonylation, solvent addition to double bonds, decarboxylation, migration of aryl substituents and dimerisation. lt was reported earlier that the critical requirement for clean photochemical cleavage of the acyl-oxygen bond is the presence ofa double bond adjacent to the ether oxygen and 2(3H)-furanones possessing this structural requirement undergo facile decarbonylation. But related phenanthrofuranones are isolated as photostable end products upon irradiation. Hence we propose to synthesis a few phenanthro-2(3H)-furanones to study the effect of a radical stabilising group at 3-position of furanone ring on photolysis. To explore the tripletmediated transformations of 2(3H)-furanones in polar and nonpolar solvents a few 3,3-bis(4-chlorophenyl)-5-aryl-3H-furan-2-ones and 3,3-di(p-tolyl)-5-aryl- 3H-furan-2-ones were synthesised from the corresponding dibenzoylstyrene precursors by neat thermolysis. Our aim was to study the nature of intermediates involved in these transformations.We also explored the possibility of developing a new and general approach to the synthesis of 3(2H)-furanones from simple and readily available starting materials since such general procedures are not available. The protocol developed by us employs readily available phenanthrenequinone and various 4-substituted acetophenones as starting materials and provides easy access to the required 3(2H)-furanone targets. These furanone derivatives have immense potential for further investigations .We also aimed the synthesis of a few dibenzoylalkene-type systems such as acenaphthenone-2—ylidene ketones and phenanthrenone-9-ylidene ketones. These systems were expected to undergo thermal rearrangement to give furanones and spirofuranones. Also these systems can be categorised as quinonemethides which are valuable synthetic intermediates.

Charakterisierung der mikrobiellen Population und Untersuchungen zum Quorum Sensing in der Rhizosphäre vom Weidelgras (Lolium perenne) auf einer Rückstandshalde der Kaliindustrie

Im Rahmen dieser Dissertation wurden die Dynamik und die Kommunikation innerhalb der mikrobiellen Population der Rhizosphäre von Deutschem Weidelgras (Lolium perenne) untersucht, welches auf einer teilweise rekultivierten Rückstandshalde der Kaliindustrie wuchs. Um die niederschlagsbedingte Auswaschung von Salzen zu reduzieren, wird die Rückstandshalde des Kaliwerks Sigmundshall (in Bokeloh bei Hannover) schrittweise mit dem technogenen Abdecksubstrat REKAL/SAV ummantelt. Dieses weist eine hohe Standfestigkeit und Wasserspeicherkapazität auf und kann zudem begrünt werden, wofür als Pionierpflanze Lolium perenne dient. Durch diese Rekultivierung wird Niederschlag besser gespeichert und über Evapotranspiration wieder in die Luft abgegeben, was letztendlich die Bildung von Salzwasser vermindert. Da das Abdecksubstrat neben alkalischem pH-Wert auch teilweise hohe Schwermetallkonzentrationen aufweist, sollte in der vorliegenden Arbeit erstmals die mikrobielle Rhizosphären-Gemeinschaft in diesem extremen Habitat mittels einer kulturunabhängigen Methode erforscht werden. Zudem wurden erste Untersuchungen angestellt, ob im Substrat die zelldichte-abhängige bakterielle Kommunikation (Quorum Sensing) nachgewiesen werden kann. Mittels extrahierter Gesamt-DNA wurde anhand der 16S rDNA die Analyse des „Terminalen Restriktonsfragmentlängenpolymorphismus“ (TRFLP) verwendet, um die komplexe bakterielle Rhizosphären-Gemeinschaft unter zeitlichen und lokalen Aspekten zu vergleichen. Auftretende Veränderungen bei den bakteriellen Populationen der jeweiligen Proben wurden durch eine Zu- oder Abnahme der auch als Ribotypen bezeichneten terminalen Restriktionsfragmente (TRF) erfasst. Hierbei zeigten sich am Südhang der Halde während der Sommermonate der Jahre 2008 und 2009 zwar Schwankungen in den bakteriellen Gemeinschaftsprofilen, es lagen jedoch keine eindeutigen Dynamiken vor. Im Vergleich zum Südhang der Halde wies der Nordhang eine höhere Ribotyp-Diversität auf, was mit der fortgeschritteneren Rekultivierung dieses Haldenabschnitts zusammenhängen könnte. Zusätzlich wurden Bakterien aus der Rhizosphäre von Lolium perenne isoliert und mithilfe der Biosensoren Agrobacterium tumefaciens A136 pCF218 pCF372 und Chromobacterium violaceum CV026 auf die Produktion von N-Acylhomoserinlactonen (AHLs) überprüft. Diese AHLs werden von Gram-negativen Mikroorganismen als Signalmoleküle verwendet, um ihre Genexpression zelldichteabhängig zu kontrollieren. Von den 47 getesteten Gram-negativen Rhizosphärenisolaten konnten nur bei einem reproduzierbar AHL-Moleküle mithilfe des Reporterstamms A. tumefaciens nachgewiesen werden. Der AHL-Produzent wurde als Pseudomonas fluorescens identifiziert. Mittels dünnschichtchromatographischer Analysen konnten die extrahierten bakteriellen AHL-Moleküle den N-Octanoyl-L-homoserinlactonen zugeordnet werden.

Flavour characterization of fresh and processed pennywort (Centella asiatica L.) juices

The flavour characteristics of fresh and processed pennywort juices treated by pasteurization, sterilization and high pressure processing (HPP) were investigated by using solid-phase micro-extraction combined with gas chromatography-mass spectrometry. Sesquiterpene hydrocarbons comprised the major class of volatile components present and the juices had a characteristic smell due to the presence of volatile compounds including β-caryophyllene, humulene, E-β-farnesene, α-copaene, alloaromadendrene and β-elemene. All processing operations caused a reduction in the total volatile concentration, but HPP caused more volatile acyclic alcohols, aldehydes and oxygenated monoterpenoids to be retained than pasteurization and sterilization. Ketones were not present in fresh pennywort juice, but 2-butanone and 3-nonen-2-one were generated in all processed juices, and 2-nonanone and 2-hexanone were present in pasteurized and sterilized juices. Other chemical changes including isomerization were also reduced by HPP compared to pasteurization, and sterilization.

Rational conversion of substrate and product specificity in a Salvia monoterpene synthase: structural insights into the evolution of terpene synthase function

Terpene synthases are responsible for the biosynthesis of the complex chemical defense arsenal of plants and microorganisms. How do these enzymes, which all appear to share a common terpene synthase fold, specify the many different products made almost entirely from one of only three substrates? Elucidation of the structure of 1,8-cineole synthase from Salvia fruticosa (Sf-CinS1) combined with analysis of functional and phylogenetic relationships of enzymes within Salvia species identified active-site residues responsible for product specificity. Thus, Sf-CinS1 was successfully converted to a sabinene synthase with a minimum number of rationally predicted substitutions, while identification of the Asn side chain essential for water activation introduced 1,8-cineole and alpha-terpineol activity to Salvia pomifera sabinene synthase. A major contribution to product specificity in Sf-CinS1 appears to come from a local deformation within one of the helices forming the active site. This deformation is observed in all other mono- or sesquiterpene structures available, pointing to a conserved mechanism. Moreover, a single amino acid substitution enlarged the active-site cavity enough to accommodate the larger farnesyl pyrophosphate substrate and led to the efficient synthesis of sesquiterpenes, while alternate single substitutions of this critical amino acid yielded five additional terpene synthases.

Synthesis of labelled dihydroartemisinic acid

[15-(CH3)-C-13-H-2]-Dihydroartemisinic acid (2a), [15-(CH3)-H-2]-dihydroartemisinic acid (2b) and [15-(CH3)-C-13]-dihydroartemisinic acid (2c) have been obtained in good yield and high isotopic enrichment by a reconstructive synthesis from artemisinin. These labelled compounds were designed to be used in biosynthetic experiments to determine the origins of artemisinin and other sesquiterpene natural products from Artemisia annua. (C) 2003 Elsevier Ltd. All rights reserved.

In vivo transformations of artemisinic acid in Artemisia annua plants

Artemisinic acid labeled with both C-13 and H-2 at the 15-position has been fed to intact plants of Artemisia annua via the cut stem, and its in vivo transformations studied by 1D- and 2D-NMR spectroscopy. Seven labeled metabolites have been isolated, all of which are known as natural products from this species. The transformations of artemisinic acid-as observed both for a group of plants, which was kept alive by hydroponic administration of water and for a group, which was allowed to die by desiccation-closely paralleled those, which have been recently described for its 11,13-dihydro analog, dihydroartemisinic acid. It seems likely therefore that similar mechanisms, involving spontaneous autoxidation of the Delta(4,5) double bond in both artemisinic acid and dihydroartemisinic acid and subsequent rearrangements of the resultant allylic hydroperoxides, may be involved in the biological transformations, which are undergone by both compounds. All of the sesquiterpene metabolites, which were obtained from in vivo transformations of artemisinic acid retained their unsaturation at the 11,13-position, and there was no evidence for conversion into any 11,13-dihydro metabolite, including artemisinin, the antimalarial drug, which is produced by A. annua. This observation led to the proposal of a unified biosynthetic scheme, which accounts for the biogenesis of many of the amorphane and cadinane sesquiterpenes that have been isolated as natural products from A. annua. In this scheme, there is a bifurcation in the biosynthetic pathway starting from amorpha-4,11-diene leading to either artemisinic acid or dihydroartemisinic acid; these two committed precursors are then, respectively, the parents for the two large families of highly oxygenated 11,13-dehydro and 11,13-dihydro sesquiterpene metabolites, which are known from this species. (C) 2007 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Stereochemistry and rearrangement reactions of hydroxylignanolactones

Various conflicting data on the rearrangement and absolute stereochemistry of hydroxylignano-9,7'-lactones are resolved using O-18 labeled compounds, also confirmed by an X-ray analysis of a pure lignano-9,7'-lactone enantiomer, obtained for the first time. Under NaH/DMF rearrangement conditions a silyl protected hydroxylignano-9,9'-lactone underwent an unexpected silyl migration.

Flavor characterization of sugar-added pennywort (Centella asiatica L.) juices treated with ultra-high pressure and thermal processes

The flavor characteristics of pennywort juices with added sugar treated by ultra-high pressure, pasteurization, and sterilization were investigated using solid phase microextraction combined with gas chromatography-mass spectrometry. It was found that sesquiterpene hydrocarbons comprised the major class of volatile components present and the juices had a characteristic aroma due to the presence of volatiles including beta-caryophyllene and humulene and alpha-copaene. In comparison with heated juices, HPP-treated samples could retain more volatile compounds such as linalool and geraniol similar to those present in fresh juice, whereas some volatiles such as alpha-terpinene and ketone class were apparently formed by thermal treatment. All processing operations produced juice that was not significantly different in the concentration of total volatiles. Practical Application: Pennywort juice is considered a nutraceutical drink for health benefits. Therefore, to preserve all aroma and active components in this juice, a nonthermal process such as ultra-high pressure should be a more appropriate technique for retention of its nutritive values than pasteurization and sterilization.