The Addition of Allyltrimethylsilane to Cyclic N-Acyliminium Ions Derived from (S)-(+)-Mandelic Acid and Cyclohexyl-Based Chiral Auxiliaries

A adição de aliltrimetilsilano, promovida por TiCl4, a íons N-aciliminios cíclicos de 5- e 6-membros derivados do ácido (S)-(+)-mandélico, (1R,2S)-trans-2-fenil-1-cicloexanol e (1R,2S,5R)-8-fenilmentol ocorreu com baixas a moderadas razões diastereoisoméricas (1:1-6:1) e forneceu as respectivas amidas e carbamatos em bons rendimentos. A melhor diastereosseleção facial foi observada com o uso de (1R,2S,5R)-8-fenilmentol como auxiliar quiral. As amidas e carbamatos 2-substituídos foram convertidos nos alcalóides (S)- e (R)-propil pirrolidina e coniina com eficiente recuperação dos auxiliares quirais.

Síntese de compostos multiporfirínicos covalentes

Nesta tese descreve-se a síntese de compostos multiporfirínicos covalentes bem como a avaliação da potencial utilização destes compostos como quimiossensores de iões metálicos e para a construção de estruturas supramoleculares com fulerenos. No capítulo 1 desta tese é feita uma introdução à química, propriedades e aplicações das porfirinas e sistemas multiporfirínicos. Relativamente aos sistemas multiporfirínicos é feita uma revisão bibliográfica acerca das estratégias de síntese e abordagem geral à química supramolecular de sistemas porfirina-fulereno. No capítulo 2 são apresentados os resultados referentes à síntese e caracterização dos vários sistemas multiporfirínicos desenvolvidos neste trabalho. De um modo geral, a síntese desses compostos envolveu reações de substituição aromática nucleofílica. Para esse efeito foi necessário preparar porfirinas de partida contendo grupos nucleofílicos nas posições meso (-C6H4OH e -C6H4NH2). Os sistemas multiporfirínicos foram obtidos por reações entre as porfirinas de partida e hexafluorobenzeno ou 5,10,15,20tetraquis(pentafluorofenil)porfirina. Descreve-se também a síntese de uma díade porfirina-C60 e de uma pentíade contendo quatro unidades de porfirina e uma de C60, envolvendo reações de cicloadição 1,3-dipolar e de substituição aromática nucleofílica. Os estudos efetuados ao nível da aplicação de alguns dos novos sistemas multiporfirínicos sintetizados e de um dos seus precursores, a 5-[4(pentafluorofeniloxi)fenil]-10,15,20-trifenilporfirina, como sensores de iões metálicos encontram-se descritos no capítulo 3. Neste capítulo, a título introdutório, é feita uma breve abordagem aos quimiossensores colorimétricos e de fluorescência, apresentando também alguns exemplos de porfirinas como quimiossensores de iões metálicos já descritos na literatura científica. A caracterização fotofísica dos compostos em estudo também é descrita neste capítulo. Os compostos estudados mostraram capacidade de interagir com vários iões metálicos, verificando-se um aumento da seletividade para o ião Hg2+ com o aumento do número de unidades porfirínicas constituintes dos sistemas multiporfirínicos. Os resultados referentes aos estudos de complexação de alguns dos sistemas multiporfirínicos sintetizados com fulerenos encontram-se descritos no capítulo 4. Neste capítulo descreve-se também a caracterização fotofísica dos compostos em estudo. Os estudos realizados com os sistemas multiporfirínicos mostraram uma fraca interação com os fulerenos C60 e C70. No entanto, os valores das constantes de afinidade obtidos com 1-metil-2-(4piridil)[60]fulero[c]pirrolidina mostraram que os sistemas multiporfirínicos apresentam capacidade para formar complexos com este derivado de C60 por coordenação axial e por interações π-π. No capítulo 5 é discutido o trabalho que envolveu o desenvolvimento de novos métodos na síntese de derivados tetrapirrólicos do tipo pirrolo[3,4-b]porfirinas contendo um grupo NH livre no anel exocíclico. A estratégia de síntese requereu a preparação de uma clorina fundida com um anel pirrolina seguida da redução do anel pirrolina. Deste modo obteve-se uma nova clorina fundida com um anel pirrolidina contendo um grupo NH livre. Esta nova clorina foi usada na preparação de uma díade clorina-porfirina por reação de N-arilação com 5,10,15,20-tetraquis(pentafluorofenil)porfirina. A estrutura cristalina da nova díade foi resolvida por difração de raios-X de cristal único. A estrutura dos compostos sintetizados foi estabelecida recorrendo a diversas técnicas espectroscópicas nomeadamente ressonância magnética nuclear (RMN de 1H, 13C e 19F), espectrometria de massa e espectrofotometria de UVvis. No último capítulo desta tese descrevem-se, pormenorizadamente, todas as experiências efetuadas, incluindo os métodos de síntese, purificação e caracterização estrutural dos diversos compostos sintetizados bem como as medições espectrofotométricas e espectrofluorimétricas.

Conception, synthèse et activité anticancéreuse d’analogues basés sur la molécule FTY720 (Gilenya)

FTY720 (aussi connu sous le nom de Fingolimod ou Gilenya) agit sur les récepteurs sphingosine-1-phosphate (S1P) et induit la suppression du système immunitaire (immunosuppression). Cette molécule est reconnue pour avoir une activité contre plusieurs cellules cancéreuses. Cette activité est indépendante de l’action sur les récepteurs S1P et on attribue plutôt la mort (apoptose) des cellules cancéreuse à la capacité que possède la molécule à réduire le transport des nutriments dans la cellule. Toutefois, malgré ses nombreux avantages, FTY720 ne peut pas être utilisé afin de traiter des humains puisque l’activation secondaire des récepteurs S1P1 et S1P3 mènent à une diminution du rythme cardiaque (bradycardie) chez les patients. Notre groupe s’est donc concentré sur la synthèse d’analogues qui potentiellement n’activeraient pas le récepteur S1P tout en gardant une activité biologique contre plusieurs cellules cancéreuses. Malgré le fait que nos analogues agissent également sur la diminution du transport des nutriments dans les cellules, nous ne connaissons pas le mécanisme d’action par lequel ceux-ci agissent. Au passage, le projet de recherche ci-présenté nous aura par ailleurs permis de développer une grande variété de sondes photo-actives dans l’espoir d’isoler une ou plusieurs protéines qui seraient impliquées dans le mécanisme d’action.

Remote Substituent Effects on the Stereoselectivity and Organocatalytic Activity of Densely Substituted Unnatural Proline Esters in Aldol Reactions

The organocatalytic activities of highly substituted proline esters obtained through asymmetric [3+2] cycloadditions of azomethine ylides derived from glycine iminoesters have been analyzed by 19F NMR and through kinetic isotope effects. Kinetic rate constants have been determined for unnatural proline esters incorporating different substituents. It has been found that exo-L and endo-L unnatural proline methyl esters yield opposite enantiomers in aldol reactions between cyclic ketones and aromatic aldehydes. The combined results reported in this study show subtle and remote effects that determine the organocatalytic behavior of these synthetic but readily available amino acid derivatives. These data can be used as design criteria for the development of new pyrrolidine-based organocatalysts.

Synthetic amides toxic to the leaf-cutting ant Atta sexdens rubropilosa L. and its symbiotic fungus

1 Nine synthetic amides similar to natural N-piperidine-3-(4,5-methylenedioxyphenyl)-2-(E)-propenainide and N-pyrrolidine-3-(4,5-methylenedyoxiphenyl)2-(E)-propenamide were synthesized and identified by their spectroscopic data.2 the toxicity of these synthetic amides to the Atta sexdens rubropilosa workers and the antifungal activity against Leticoagaricus gongylophorus, the symbiotic fungus of the leaf-cutting ants, were determined.3 Workers ants that were fed daily on an artificial diet to which these compounds were added had a higher mortality rate than the controls for N-pyrrolidine-3(3',4'-methylenedioxyphenyl)-2-(E)-propenamide and N-benzyl-3-(3',4'-methylenedioxyphenyl)-2-(E)-propenamide at a concentration of 100 mu g/mL.4 the completely inhibition (100%) of the fungal growth was observed with N-piperldine-3-(3',4'-methylenedioxyphenyl)-2-(E)-propenamide and N,N-diethyl-3-(3',4'-methylenedioxyphenyl)-2-(E)-propenamide at concentrations of 50 and 100 mu g/mL and N-pirrolidine-3-(3',4'-methylenedioxyphenyl)-2-(E)-propenamide at a concentration of 100 mu g/mL.5 the possibility of controlling these insects in the future using synthetic piperamides that can simultaneously target both organisms is discussed.

Avancement vers la synthèse du (+) et du (-)-hodgsonox

Ce mémoire décrit les travaux qui ont été réalisés sur la synthèse de l’hodgsonox, un sesquiterpène tricyclique comportant un éther diallylique dans un cycle tétrahydropyranique. Les approches envisagées sont la formation du cycle à cinq puis la formation du tétrahydropyrane et une autre plus convergente qui implique la synthèse des deux cycles en une seule étape. La première partie du mémoire discute de la synthèse d’un précurseur acyclique du cycle à cinq membres, afin de réaliser une réaction de métathèse de fermeture de cycle. Toutefois, les essais n’ont pas été concluants et cette voie a été abandonnée. Dans la deuxième partie, une nouvelle approche impliquant la synthèse d’un bicycle par une réaction de Pauson-Khand a été étudiée. Le précurseur de la réaction de Pauson- Khand a été préparé en 9 étapes (30% de rendement global) à partir du diéthyle tartrate. Le produit de cyclisation a été également obtenu mais il n’a pas été possible par la suite d’introduire le groupement isopropyle. Dans la dernière partie de ce mémoire, les travaux de Lise Brethous sur la synthèse de l’hodgsonox ont été repris. Celle-ci avait montré que le cycle à 5 membres pouvait être obtenu à partir de l’a-acétyl g-butyrolactone et que la formation du bicycle pouvait être réalisée par une réaction catalytique d’insertion d’un composé diazoïque dans un lien O-H. Certaines de ces étapes ont été optimisées et différents tests ont été effectués pour réaliser les dernières étapes de la synthèse de l’hodgosonox, mais sans succès.

Asymmetric Syntheses of Analogs of Kainic Acid

Kainic acid has been used for nearly 50 years as a tool in neuroscience due to its pronounced neuroexcitatory properties. However, the significant price increase of kainic acid resulting from the disruption in the supply from its natural source, the alga Digenea Simplex, as well as inefficient synthesis of kainic acid, call for the exploration of functional mimics of kainic acid that can be synthesized in a simpler way. Aza kainoids analog could be one of them. The unsubstituted aza analog of kainoids has demonstrates its ability as an ionotropic glutamate receptor agonist and showed affinity in the chloride dependent glutamate (GluCl) binding site. This opened a question of the importance of the presence of one nitrogen or both nitrogens in the aza kainoid analogs for binding to glutamate receptors. Therefore, two different pyrrolidine analogs of kainic acid, trans-4-(carboxymethyl)pyrrolidine-3-carboxylic acid and trans-2-carboxy-3-pyrrolidineacetic acid, were synthesized through multi-step sequences. The lack of the affinity of both pyrrolidine analogs in GluCl binding site indicated that both nitrogens in aza kainoid analogs are involved in hydrogen bonding with receptors, significantly enhancing their affinity in GluCl binding site. Another potential functional mimic of kainic acid is isoxazolidine analogs of kainoids whose skeleton can be constituted directly via a 1, 3 dipolar cycloaddition as the key step. The difficulty in synthesizing N-unsubstituted isoxazolidines when applying such common protecting groups as alkyl, phenyl and benzyl groups, and the requirement of a desired enantioselectivity due to the three chiral ceneters in kainic acid, pose great challenges. Hence, several different protected nitrones were studied to establish that diphenylmethine nitrone may be a good candidate as the dipole in that the generated isoxazolidines can be deprotected in mild conditions with high yields. Our investigations also indicated that the exo/endo selectivity of the 1, 3 dipolar cycloaddition can be controlled by Lewis acids, and that the application of a directing group in dipolarophiles can accomplish a satisfied enantioselectivity. Those results demonstrated the synthesis of isoxazoldines analogs of kainic acid is very promising.

Avancement vers la synthèse du (+) et du (-)-hodgsonox

Ce mémoire décrit les travaux qui ont été réalisés sur la synthèse de l’hodgsonox, un sesquiterpène tricyclique comportant un éther diallylique dans un cycle tétrahydropyranique. Les approches envisagées sont la formation du cycle à cinq puis la formation du tétrahydropyrane et une autre plus convergente qui implique la synthèse des deux cycles en une seule étape. La première partie du mémoire discute de la synthèse d’un précurseur acyclique du cycle à cinq membres, afin de réaliser une réaction de métathèse de fermeture de cycle. Toutefois, les essais n’ont pas été concluants et cette voie a été abandonnée. Dans la deuxième partie, une nouvelle approche impliquant la synthèse d’un bicycle par une réaction de Pauson-Khand a été étudiée. Le précurseur de la réaction de Pauson- Khand a été préparé en 9 étapes (30% de rendement global) à partir du diéthyle tartrate. Le produit de cyclisation a été également obtenu mais il n’a pas été possible par la suite d’introduire le groupement isopropyle. Dans la dernière partie de ce mémoire, les travaux de Lise Brethous sur la synthèse de l’hodgsonox ont été repris. Celle-ci avait montré que le cycle à 5 membres pouvait être obtenu à partir de l’a-acétyl g-butyrolactone et que la formation du bicycle pouvait être réalisée par une réaction catalytique d’insertion d’un composé diazoïque dans un lien O-H. Certaines de ces étapes ont été optimisées et différents tests ont été effectués pour réaliser les dernières étapes de la synthèse de l’hodgosonox, mais sans succès.

The bright routes to five-membered heterocycles: a photoredox catalytic approach

Synthetic chemists constantly strive to develop new methodologies to access complex molecules more sustainably. The recently developed photocatalytic approach results in a valid and greener alternative to the classical synthetic methods. Here we present three protocols to furnish five-membered rings exploiting photoredox catalysis. We firstly obtained 4,5-dihydrofurans (4,5-DHFs) from readily available olefins and α-haloketones employing fac-Ir(ppy)3 as a photocatalyst under blue-light irradiation (Figure 1, top). This transformation resulted very broad in scope, thanks to its mild conditions and the avoidance of stoichiometric amounts of oxidants or reductants. Moreover, similar conditions could lead to β,γ-unsaturated ketones, or highly substituted tetrahydrofurans (THFs) by carefully differentiating the substitution pattern on the starting materials and properly adjusting the reaction parameters. We then turned our attention to the reactivity of allenamides employing analogous photocatalytic conditions to access 2-aminofurans (Figure 1, bottom). α-Haloketones again provided the radical generated by fac-Ir(ppy)3 under visible-light irradiation, which added to the π-system and furnished the cyclic molecule. The addition of a second molecule of the α-haloketone moiety led to the formation of the final highly functionalized furan, which might be further elaborated to afford more complex products. The two works were both supplied with mechanistic investigations supported by experimental and computational methods. As our last project, we developed a methodology to achieve cypentanonyl-fused N-methylpyrrolidines (Figure 2), exploiting N,N-dimethylamines and carboxylic acids as radical sources. In two separated photocatalytic steps, both functionalities are manipulated through the photoredox catalysis by 4CzIPN to add to an α,β-enone system, furnishing the bicyclic product.