Développement de nouveaux sels Binol-imidazoliums : de la catalyse asymétrique aux applications biologiques

Le 1,1'-bi-2-naphtol ou Binol, présentant une chiralité axiale, est un ligand très utilisé en catalyse asymétrique. Au cours des vingt dernières années, le Binol a servi de synthon à l’élaboration de très nombreux ligands permettant la catalyse asymétrique de tous types de réactions, allant de l’hydrogénation, à l’alkylation, en passant par diverses réactions péricycliques. Le grand intérêt pour ce ligand vient de sa versatilité et des nombreuses possibilités de fonctionnalisation qu’il offre, permettant d’altérer ses propriétés catalytiques à volonté, aussi bien en modifiant son caractère électronique, qu’en introduisant des facteurs stériques autour du site catalytique. Parallèlement aux développements de la catalyse par des dérivés de Binol, le domaine des liquides ioniques a connu un intérêt croissant ces dernières années. Les liquides ioniques, sels dont le point de fusion est inférieur à 100°C, cumulent de nombreuses qualités convoitées : faible pression de vapeur, stabilité thermique et chimique et fort pouvoir de solvatation. Dû à ces propriétés, les liquides ioniques ont principalement été étudiés dans l’optique de développer une gamme de solvants recyclables. Alors que les propriétés des liquides ioniques sont facilement modulables en fonction de l’anion et du cation choisi, le concept de liquide ionique à tâche spécifique va plus loin et propose d’introduire directement, sur le cation ou l’anion, un groupement conférant une propriété particulière. En suivant cette approche, plusieurs ligands ioniques ont été rapportés, par simple couplage d’un cation organique à un ligand déjà connu. Étonnamment, le Binol a fait l’objet de très peu de travaux pour l’élaboration de ligands ioniques. Dans cette thèse, nous proposons l’étude d’une famille de composés de type Binol-imidazolium dont les unités Binol et imidazolium sont séparées par un espaceur méthylène. Différents homologues ont été synthétisés en variant le nombre d’unités imidazolium et leur position sur le noyau Binol, la longueur de la chaîne alkyle portée par les unités imidazolium et la nature du contre-anion. Après une étude des propriétés thermiques de ces composés, l’utilisation des Binol-imidazoliums en tant que ligands dans une réaction asymétrique d’éthylation d’aldéhydes aromatique a été étudiée en milieu liquide ionique. La réaction a été conduite en solvant liquide ionique dans le but de recycler aussi bien le ligand Binol-imidazolium que le solvant, en fin de réaction. Cette étude nous a permis de démontrer que la sélectivité de ces ligands ioniques dépend grandement de leur structure. En effet, seuls les Binols fonctionnalisés en positions 6 et 6’ permettent une sélectivité de la réaction d’éthylation. Alors que les dérivés de Binol fonctionnalisés en positions 3 et 3’ ne permettent pas une catalyse énantiosélective, il a déjà été rapporté que ces composés avaient la capacité de complexer des anions. D’autre part, il a déjà été rapporté par notre groupe, que les composés comportant des unités imidazolium pouvaient permettre le transport d’anions à travers des bicouches lipidiques en fonction de leur amphiphilie. Ceci nous a amenés à la deuxième partie de cette thèse qui porte sur les propriétés ionophores des Binols fonctionnalisés en positions 3 et 3’ par des unités imidazoliums. Dans un premier temps, nous nous sommes intéressés à l’étude de la relation structure-activité et au mécanisme de transport de ces composés. Le transport d’anions étant un processus clé dans la biologie cellulaire, l’activité biologique des composés présentant une activité ionophore dans des systèmes modèles (liposomes) a été étudiée par la suite. L’activité antibactérienne des nos composés a été testée sur quatre souches de bactéries. Il s’est avéré que les composés Binol-imidazolium sont actifs uniquement sur les bactéries Gram positives. Finalement, la cytotoxicité des composés présentant une activité antibactérienne a été étudiée sur des cellules humaines.

L’impact de l’unité centrale sur les propriétés optoélectroniques d’imino-thiophènes électrochromes : s ynthèse et caractérisation

De nouvelles molécules électrochromes à base de thiophène et comportant des liaisons azométhine ont été synthétisées et caractérisées afin d’étudier les relations entre leur structure et leurs propriétés. Le but premier de cette étude a été d’obtenir plus d’information pouvant guider le développement de nouvelles molécules électrochromes performantes à l’aide d’une meilleure compréhension de ce qui influence leurs caractéristiques. La synthèse a été réalisée en évitant l’emploi de conditions réactionnelles difficiles et les quantités d’éléments de transition ont été minimisées. Les nouvelles structures ont permis de vérifier l’effet de la variation de l’unité centrale sur les propriétés finales. Les modifications ont principalement porté sur la longueur effective de conjugaison par l’ajout d’unités de thiophène, ainsi que l’incorporation d’une liaison vinylique. L’effet de la présence de chaînes alkyles sur les positions C3 et C4 des thiophènes du coeur de chaque molécule a également été étudié. Les propriétés telles le potentiel d’oxydation, le nombre d’électrons échangés, la réversibilité des phénomènes d’oxydoréduction, l’absorbance, ainsi que l’électrochromisme chimique et électrochimique ont été étudiées, principalement par voltampérométrie cyclique et spectrométrie UV-visible en solution. De plus, des calculs théoriques ont été effectués afin d’appuyer les résultats obtenus expérimentalement. La modification du coeur de la molécule par ajout de thiophènes voisins n’a pas entraîné de grand déplacement bathochrome du λAbs, et dans le cas des thiophènes dialkylés, un déplacement hypsochrome d’au moins 66 nm a eu lieu causé par la torsion du squelette. L’étude des structures à l’état solide a même révélé l’obtention d’un nouveau composé possédant des propriétés vapochromiques prononcées. Les nouveaux composés électrochromes possèdent des valeurs de λAbs allant de 431 à 513 nm, et des potentiels d’oxydation de 0,8 à 1,2 V.

Structural, Spectral, Biological and Electrochemical Studies Of Some 3d Transition Metal Complexes of O-N-S and N-N-S Donor Ligands

The primary aim of these investigations was to probe the spectroscopic, electrochemical, biological and single crystal X-ray diffraction studies of some selected transition metal complexes of 4N-monosubstituted thiosemicarbazones. Transition metal complexes with thiosemicarbazones exhibit a wide range of stereochemistries and possess potential biological activity. Metal complexes of thiosemicarbazones are proved to have improved pharmacological and therapeutic effects. The studies are conducted to bring about a fair understanding of the structure activity relationship and to develop certain effective and economical metal-based antimicrobial agents. Study showed that the thiosemicarbazones have antibacterial, antiviral and antiproliferative properties and hence used against tuberculosis, leprosy, psoriasis, rheumatism, trypanosomiasis and coccidiosis. Certain thiosemicarbazones showed a selective inhibition of HSV and HIV infections. The insolubility of most thiosemicarbazones in water causes difficulty in the oral administration in clinical practice. Transition metal complexes are found to have more activity than uncombined thiosemicarbazones. They exhibit a variety of denticity and can be varied by proper substitution. The stereochemistry assumed by the thiosemicarbazones during the coordination with transition metal ions depends on the factors such as preparative conditions and availability of additional bonding site in the ligand moiety and charge of the ligand. The resulting complexes exhibited a wide range of stereochemistries and have biomimic activity and potential application as sensors.

Structural, Spectral, Biological and Electrochemical Studies Of Some 3d Transition Metal Complexes of O-N-S and N-N-S Donor Ligands

The primary aim of these investigations was to probe the spectroscopic, electrochemical, biological and single crystal X-ray diffraction studies of some selected transition metal complexes of 4N-monosubstituted thiosemicarbazones. Transition metal complexes with thiosemicarbazones exhibit a wide range of stereochemistries and possess potential biological activity. Metal complexes of thiosemicarbazones are proved to have improved pharmacological and therapeutic effects. The studies are conducted to bring about a fair understanding of the structure activity relationship and to develop certain effective and economical metal-based antimicrobial agents. Study showed that the thiosemicarbazones have antibacterial, antiviral and antiproliferative properties and hence used against tuberculosis, leprosy, psoriasis, rheumatism, trypanosomiasis and coccidiosis. Certain thiosemicarbazones showed a selective inhibition of HSV and HIV infections. The insolubility of most thiosemicarbazones in water causes difficulty in the oral administration in clinical practice. Transition metal complexes are found to have more activity than uncombined thiosemicarbazones. They exhibit a variety of denticity and can be varied by proper substitution. The stereochemistry assumed by the thiosemicarbazones during the coordination with transition metal ions depends on the factors such as preparative conditions and availability of additional bonding site in the ligand moiety and charge of the ligand. The resulting complexes exhibited a wide range of stereochemistries and have biomimic activity and potential application as sensors

Tailoring the Microwave Dielectric Properties of GdTiNb 1 _-xTa,O6 and Sm 1 _X Y,TiTa06 Ceramics

Microwave dielectric ceramics based on GdTiNb,-,.Ta,O6 and Sml _.,Y,TiTa06 have been prepared by conventional solid state method . The GdTiTaO6 and SmTiTaO6 have aeschenite structure with positive rr and GdTiNbO6 and YTiTaO6 have euxenite structure with negative rr. The rr of the ceramics has been tuned by preparing solid solution phases between the aeschynites and euxenites for a possible zero rr material . It is observed that GdTiNbt_YTa.,O6 undergoes a phase transition from aeschynite to euxenite when x=0.75 and in Sml-,YxTiTa06 for x= 0.73. The microwave dielectric properties change abruptly near the transition region . The rr value approaches zero near the phase transition region while the samples have poor sinterability and poor quality factor . The unloaded quality factor, dielectric constant and the sign of rr of the solid solution phases are found to depend on the average ionic radius of the rare earth ion in RE ,-5RE',TiTaO6. The boundary of the euxenite-aeschynite phase transition occurs at an average ( RE) ionic radius of 0.915 A in Sm,_, Y,.TiTaO6 solid solution phases

Sobre les relacions lineals d'energia lliure: mesures de semblança molecular quàntica sobre funcions de densitat electrònica modificad

En aquest treball es presenta l'ús de funcions de densitat electrònica de forat de Fermi per incrementar el paper que pren una regió molecular concreta, considerada com a responsable de la reactivitat molecular, tot i mantenir la mida de la funció de densitat original. Aquestes densitats s'utilitzen per fer mesures d'autosemblança molecular quàntica i es presenten com una alternativa a l'ús de fragments moleculars aillats en estudis de relació entre estructura i propietat. El treball es complementa amb un exemple pràctic, on es correlaciona l'autosemblanca molecular a partir de densitats modificades amb l'energia d'una reacció isodòsmica

Relacions estructura-propietat per un conjunt d'hidrocarburs a partir de nous descriptors tridimensionals derivats de la semblança molecular quàntica

En aquest article es defineixen uns nous índexs tridimensionals per a la descripció de les molècules a partir de paràmetres derivats de la Teoria de la Semblança Molecular i de les distàncies euclidianes entre els àtoms i les càrregues atòmiques efectives. Aquests indexs, anomenats 3D, s'han aplicat a l'estudi de les relacions estructura-propietat d'una família d'hidrocarburs, i han demostrat una capacitat de descripció de tres propietats de la família (temperatura d'ebullició, temperatura de fusió i densitat) molt més acurada que quan s'utilitzen els indexs 2D clàssics

Mechanism of action of cyclic antimicrobial peptides

This PhD thesis is the result of the combination of experimental and computational techniques with the aim of understanding the mechanism of action of de novo cyclic decapeptides with high antimicrobial activity. By experimental techniques the influence of the replacement of the phenylalanine for tryptophan residue in their antimicrobial activity was tested and the stability in human serum was also analyzed, in order to evaluate their potential therapeutic application as antitumor agents. On the other hand, the interaction amongst the peptide BPC194 c(KKLKKFKKLQ), the best candidate from the whole library of cyclic peptides, and a model anionic membrane was simulated. The results showed a structure-function relationship derived from the stable conformation of the peptides involved in the membrane permeabilization. As a result, a rational design was performed being BPC490 the peptide with best antimicrobial activity compared with the best active peptide from the original library.

Molecular quantum similarity in QSAR: applications in computer-aided molecular design

La present tesi està centrada en l'ús de la Teoria de Semblança Quàntica per a calcular descriptors moleculars. Aquests descriptors s'utilitzen com a paràmetres estructurals per a derivar correlacions entre l'estructura i la funció o activitat experimental per a un conjunt de compostos. Els estudis de Relacions Quantitatives Estructura-Activitat són d'especial interès per al disseny racional de molècules assistit per ordinador i, en particular, per al disseny de fàrmacs. Aquesta memòria consta de quatre parts diferenciades. En els dos primers blocs es revisen els fonaments de la teoria de semblança quàntica, així com l'aproximació topològica basada en la teoria de grafs. Ambdues teories es fan servir per a calcular els descriptors moleculars. En el segon bloc, s'ha de remarcar la programació i implementació de programari per a calcular els anomenats índexs topològics de semblança quàntica. La tercera secció detalla les bases de les Relacions Quantitatives Estructura-Activitat i, finalment, el darrer apartat recull els resultats d'aplicació obtinguts per a diferents sistemes biològics.

Synteza, badania strukturalne i spektroskopowe oraz aktywność przeciwnowotworowa i przeciwdrobnoustrojowa nowych pochodnych salinomycyny

Wydział Chemii: Pracownia Chemii Bioorganicznej

Joint multiple dictionary learning for tensor sparse coding

Traditional dictionary learning algorithms are used for finding a sparse representation on high dimensional data by transforming samples into a one-dimensional (1D) vector. This 1D model loses the inherent spatial structure property of data. An alternative solution is to employ Tensor Decomposition for dictionary learning on their original structural form —a tensor— by learning multiple dictionaries along each mode and the corresponding sparse representation in respect to the Kronecker product of these dictionaries. To learn tensor dictionaries along each mode, all the existing methods update each dictionary iteratively in an alternating manner. Because atoms from each mode dictionary jointly make contributions to the sparsity of tensor, existing works ignore atoms correlations between different mode dictionaries by treating each mode dictionary independently. In this paper, we propose a joint multiple dictionary learning method for tensor sparse coding, which explores atom correlations for sparse representation and updates multiple atoms from each mode dictionary simultaneously. In this algorithm, the Frequent-Pattern Tree (FP-tree) mining algorithm is employed to exploit frequent atom patterns in the sparse representation. Inspired by the idea of K-SVD, we develop a new dictionary update method that jointly updates elements in each pattern. Experimental results demonstrate our method outperforms other tensor based dictionary learning algorithms.

Novel synthesised flavone derivatives provide significant insight into the structural features required for enhanced anti-proliferative activity

With many cancers showing resistance to current chemotherapies, the search for novel anti-cancer agents is attracting considerable attention. Natural flavonoids have been identified as useful leads in such programmes. However, since an in-depth understanding of the structural requirements for optimum activity is generally lacking, further research is required before the full potential of flavonoids as anti-proliferative agents can be realised. Herein a broad library of 76 methoxy and hydroxy flavones, and their 4-thio analogues, was constructed and their structure-activity relationships for anti-proliferative activity against the breast cancer cell lines MCF-7 (ER+ve), MCF-7/DX (ER+ve, anthracycline resistant) and MDA-MB-231 (ER-ve) were probed. Within this library, 42 compounds were novel, and all compounds were afforded in good yields and > 95% purity. The most promising lead compounds, specifically the novel hydroxy 4-thioflavones 15f and 16f, were further evaluated for their anti-proliferative activities against a broader range of cancer cell lines by the National Cancer Institute (NCI), USA and displayed significant growth inhibition profiles (e.g Compound-15f: MCF-7 (GI50 = 0.18 μM), T-47D (GI50 = 0.03 μM) and MDA-MB-468 (GI50 = 0.47 μM) and compound-16f: MCF-7 (GI50 = 1.46 μM), T-47D (GI50 = 1.27 μM) and MDA-MB-231 (GI50 = 1.81 μM). Overall, 15f and 16f exhibited 7-46 fold greater anti-proliferative potency than the natural flavone chrysin (2d). A systematic structure-activity relationship study against the breast cancer cell lines highlighted that free hydroxyl groups and the B-ring phenyl groups were essential for enhanced anti-proliferative activities. Substitution of the 4-C=O functionality with a 4-C=S functionality, and incorporation of electron withdrawing groups at C4’ of the B-ring phenyl, also enhanced activity. Molecular docking and mechanistic studies suggest that the anti-proliferative effects of flavones 15f and 16f are mediated via ER-independent cleavage of PARP and downregulation of GSK-3β for MCF-7 and MCF-7/DX cell lines. For the MDA-MB-231 cell line, restoration of the wild-type p53 DNA binding activity of mutant p53 tumour suppressor gene was indicated.

Role of Halogen Bonds in Thyroid Hormone Receptor Selectivity: Pharmacophore-Based 3D-QSSR Studies

Most physiological effects of thyroid hormones are mediated by the two thyroid hormone receptor subtypes, TR alpha and TR beta. Several pharmacological effects mediated by TR beta might be beneficial in important medical conditions such as obesity, hypercholesterolemia and diabetes, and selective TR beta activation may elicit these effects while maintaining an acceptable safety profile, To understand the molecular determinants of affinity and subtype selectivity of TR ligands, we have successfully employed a ligand- and structure-guided pharmacophore-based approach to obtain the molecular alignment of a large series of thyromimetics. Statistically reliable three-dimensional quantitative structure-activity relationship (3D-QSAR) and three-dimensional quantitative structure-selectivity relationship (3D-QSSR) models were obtained using the comparative molecular field analysis (CoMFA) method, and the visual analyses of the contour maps drew attention to a number of possible opportunities for the development of analogs with improved affinity and selectivity. Furthermore, the 3D-QSSR analysis allowed the identification of a novel and previously unmentioned halogen bond, bringing new insights to the mechanism of activity and selectivity of thyromimetics.

Fragment-Based QSAR and Molecular Modeling Studies on a Series of Discodermolide Analogs as Microtubule-Stabilizing Anticancer Agents

Inhibition of microtubule function is an attractive rational approach to anticancer therapy. Although taxanes are the most prominent among the microtubule-stabilizers, their clinical toxicity, poor pharmacokinetic properties, and resistance have stimulated the search for new antitumor agents having the same mechanism of action. Discodermolide is an example of nontaxane natural product that has the same mechanism of action, demonstrating superior antitumor efficacy and therapeutic index. The extraordinary chemical and biological properties have qualified discodermolide as a lead structure for the design of novel anticancer agents with optimized therapeutic properties. In the present work, we have employed a specialized fragment-based method to develop robust quantitative structure - activity relationship models for a series of synthetic discodermolide analogs. The generated molecular recognition patterns were combined with three-dimensional molecular modeling studies as a fundamental step on the path to understanding the molecular basis of drug-receptor interactions within this important series of potent antitumoral agents.

Two-dimensional QSAR studies on arylpiperazines as high-affinity 5-HT(1A) receptor ligands

5-HT(1A) receptor plays an important role in the delayed onset of antidepressant action of a class of selective serotonin reuptake inhibitors. Moreover, 5-HT(1A) receptor levels have been shown to be altered in patients suffering from major depression. In this work, hologram quantitative structure-activity relationship (HQSAR) studies were performed on a series of arylpiperazine compounds presenting affinity to the 5-HT(1A) receptor. The models were constructed with a training set of 70 compounds. The most significant HQSAR model (q(2) = 0.81, r(2) = 0.96) was generated using atoms, bonds, connections, chirality, and donor and acceptor as fragment distinction, with fragment size of 6-9. Predictions for an external test set containing 20 compounds are in good agreement with experimental results showing the robustness of the model. Additionally, useful information can be obtained from the 2D contribution maps.