Composition Space Analysis in the Development of Copper Molybdate Hybrids Decorated by a Bifunctional Pyrazolyl/1,2,4-Triazole Ligand

A bitopic ligand, 4-(3,5-dimethylpyrazol-4-yl)-1,2,4-triazole (Hpz-tr) (1), containing two different heterocyclic moieties was employed for the design of copper(II)–molybdate solids under hydrothermal conditions. In the multicomponent CuII/Hpz-tr/MoVI system, a diverse set of coordination hybrids, [Cu(Hpz-tr)2SO4]·3H2O (2), [Cu(Hpz-tr)Mo3O10] (3), [Cu4(OH)4(Hpz-tr)4Mo8O26]·6H2O (4), [Cu(Hpz-tr)2Mo4O13] (5), and [Mo2O6(Hpz-tr)]·H2O (6), was prepared and characterized. A systematic investigation of these systems in the form of a ternary crystallization diagram approach was utilized to show the influence of the molar ratios of starting reagents, the metal (CuII and MoVI) sources, the temperature, etc., on the reaction products outcome. Complexes 2–4 dominate throughout a wide crystallization range of the composition triangle, while the other two compounds 5 and 6 crystallize as minor phases in a narrow concentration range. In the crystal structures of 2–6, the organic ligand behaves as a short [N–N]-triazole linker between metal centers Cu···Cu in 2–4, Cu···Mo in 5, and Mo···Mo in 6, while the pyrazolyl function remains uncoordinated. This is the reason for the exceptional formation of low-dimensional coordination motifs: 1D for 2, 4, and 6 and 2D for 3 and 5. In all cases, the pyrazolyl group is involved in H bonding (H-donor/H-acceptor) and is responsible for π–π stacking, thus connecting the chain and layer structures in more complicated H-bonding architectures. These compounds possess moderate thermal stability up to 250–300 °C. The magnetic measurements were performed for 2–4, revealing in all three cases antiferromagnetic exchange interactions between neighboring CuII centers and long-range order with a net moment below Tc of 13 K for compound 4.

Characterization of four bifunctional plant IAM/PAM-amidohydrolases capable of contributing to auxin biosynthesis.

Amidases [EC 3.5.1.4] capable of converting indole-3-acetamide (IAM) into the major plant growth hormone indole-3-acetic acid (IAA) are assumed to be involved in auxin de novo biosynthesis. With the emerging amount of genomics data, it was possible to identify over forty proteins with substantial homology to the already characterized amidases from Arabidopsis and tobacco. The observed high conservation of amidase-like proteins throughout the plant kingdom may suggest an important role of theses enzymes in plant development. Here, we report cloning and functional analysis of four, thus far, uncharacterized plant amidases from Oryza sativa, Sorghum bicolor, Medicago truncatula, and Populus trichocarpa. Intriguingly, we were able to demonstrate that the examined amidases are also capable of converting phenyl-2-acetamide (PAM) into phenyl-2-acetic acid (PAA), an auxin endogenous to several plant species including Arabidopsis. Furthermore, we compared the subcellular localization of the enzymes to that of Arabidopsis AMI1, providing further evidence for similar enzymatic functions. Our results point to the presence of a presumably conserved pathway of auxin biosynthesis via IAM, as amidases, both of monocot, and dicot origins, were analyzed.

ARD1, a 64-kDa bifunctional protein containing an 18-kDa GTP-binding ADP-ribosylation factor domain and a 46-kDa GTPase-activating domain.

The alpha subunits of the heterotrimeric guanine nucleotide-binding proteins (G proteins) hydrolyze GTP at a rate significantly higher than do most members of the Ras family of approximatelly 20-kDa GTP-binding proteins, which depend on a GTPase-activating protein (GAP) for acceleration of GTP hydrolysis. It has been demonstrated that an inserted domain in the G-protein alpha subunit, not present in the much smaller Ras-like proteins, is responsible for this difference [Markby, D. W., Onrust, R. & Bourne, H. R. (1993) Science 262, 1895-1900]. We report here that ARD1, a 64-kDa protein with an 18-kDa carboxyl-terminal ADP-ribosylation factor (ARF) domain, exhibited significant GTPase activity, whereas the ARF domain, expressed as a recombinant protein in Escherichia coli, did not. Addition of the 46-kDa amino-terminal extension (similarly synthesized in E. coli) to the GTP-binding ARF-domain of ARD1 enhanced GTPase activity and inhibited GDP dissociation. The kinetic properties of mixtures of the ARF and non-ARF domains were similar to those of an intact recombinant ARD1. Physical association of the two proteins was demonstrated directly by gel filtration and by using the immobilized non-ARF domain. Thus, like the alpha subunits of heterotrimeric G proteins, ARD1 appears to consist of two domains that interact to regulate the biological activity of the protein.

Enantioselective alkylation of β-keto esters promoted by dimeric Cinchona-derived ammonium salts as recoverable organocatalysts

Dimeric anthracenyldimethyl-derived Cinchona ammonium salts are used as chiral organocatalysts in 5 mol% for the phase-transfer enantioselective alkylation reaction of 2-alkoxycarbonyl-1-indanones with activated bromides. The corresponding adducts bearing a new all-carbon quaternary center are obtained usually in high yield and with moderate and opposite enantioselectivity (up to 55%) when using ammonium salts derived from quinidine and its pseudoenantiomer quinine as organocatalysts. These catalysts can be almost quantitatively recovered by precipitation in ether and reused.

Recoverable silica-gel supported binam-prolinamides as organocatalysts for the enantioselective solvent-free intra- and intermolecular aldol reaction

Silica-gel supported binam-derived prolinamides are efficient organocatalysts for the direct intramolecular and intermolecular aldol reaction under solvent-free conditions using conventional magnetic stirring. These organocatalysts in combination with benzoic acid showed similar results to those obtained under similar homogeneous reaction conditions using an organocatalyst of related structure. For the intermolecular process, the aldol products were obtained at room temperature and using only 2 equiv of the ketone with high yields, regio-, diastereo- and enantioselectivities. Under these reaction conditions, also the cross aldol reaction between aldehydes is possible. The recovered catalyst can be reused up to nine times providing similar results. More interestingly, these heterogeneous organocatalysts can be used in the intramolecular aldol reaction allowing the synthesis of the Wieland–Miescher and ketone analogues with up to 92% ee, with its reused being possible up to five times without detrimental on the obtained results.

Solvent-Free Enantioselective Friedländer Condensation with Wet 1,1′-Binaphthalene-2,2′-diamine-Derived Prolinamides as Organocatalysts

Wet unsupported and supported 1,1′-binaphthalene-2,2′-diamine (BINAM) derived prolinamides are efficient organocatalysts under solvent-free conditions at room temperature to perform the synthesis of chiral tacrine analogues in good yields (up to 93%) and excellent enantioselectivies (up to 96%). The Friedländer reaction involved in this process takes place with several cyclohexanone derivatives and 2-aminoaromatic aldehydes, and it is compatible with the presence of either electron-withdrawing or electron-donating groups at the aromatic ring of the 2-aminoaryl aldehyde derivatives used as electrophiles. The reaction can be extended to cyclopentanone derivatives, affording a regioisomeric but separable mixture of products. The use of the wet silica gel supported organocatalyst, under solvent-free conditions, for this process led to the expected product (up to 87% enantiomeric excess), with its reuse being possible at least up to five times.

Primary Amine–2-Aminopyrimidine Chiral Organocatalysts for the Enantioselective Conjugate Addition of Branched Aldehydes to Maleimides

Chiral primary amines containing the (R,R)- and (S,S)-trans-cyclohexane-1,2-diamine scaffold and a pyrimidin-2-yl unit are synthesized and used as general organocatalysts for the Michael reaction of α-branched aldehydes to maleimides. The reaction takes place with 10 mol% organocatalyst loading and hexanedioic acid as cocatalyst in aqueous N,N-dimethylformamide at 10 °C affording the corresponding succinimides in good yields and enantioselectivities. DFT calculations support the stereochemical results and the role played by the solvents.

Bifunctional primary amine 2-aminobenzimidazole organocatalyst anchored to trans-cyclohexane-1,2-diamine in enantioselective conjugate additions of aldehydes

Bifunctional chiral primary amine 8 containing an (S,S)-trans-cyclohexane-1,2-diamine scaffold and a 2-benzimidazole unit is used as a general organocatalyst for the Michael addition of α,α-branched aldehydes to nitroalkenes and maleimides. The reactions take place, with 20 mol % of catalyst in dichloromethane at rt for nitroalkenes and with 15 mol % catalyst loading in toluene at 10 °C for maleimides, in good yields and enantioselectivities. DFT calculations demonstrate the bifunctional character of this organocatalyst activating the aldehyde by enamine formation and the Michael acceptor by double hydrogen bonding.

Pursuing Chemical Efficiency by Using Supported Organocatalysts for Asymmetric Reactions under Aqueous Conditions

Over the past decade, a great effort has been made by the chemical community to improve the efficiency of organic transformations and allow sustainable processes. Merging the use of supported and recyclable organocatalysts and aqueous conditions for the asymmetric synthesis of valuable molecules, has led to outstanding contributions in the area of green chemistry. Recent progresses in the field include the implementation of these methodologies in the large scale production of chiral molecules using automated flow chemistry.

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.

Reactive processing of polymers:effect of bifunctional and tri-functional comonomers on melt grafting of glycidyl methacrylate onto polypropylene

Two reactive comonomers, divinyl benzene (DVB) and trimethylolpropane triacrylate (TRIS), were evaluated for their role in effecting the melt free radical grafting reaction of the monomer glycidyl methacrylate (GMA) onto polypropylene (PP). The characteristics of the GMA-grafting systems in the presence and absence of DVB or TRIS were examined and compared in terms of the yield of the grafting reaction and the extent of the main side reactions, namely homopolymerisation of GMA (poly-GMA) and polymer degradation, using different chemical compositions of the reactive systems and processing conditions. In the absence of the comonomers, i.e. in a conventional system, high initiator concentrations of peroxides were typically required to achieve the highest possible GMA grafting levels which were found to be generally low. Concomitantly, both poly-GMA and degradation of the polymer by chain scission takes place with increasing initiator amounts. On the other hand, the presence of a small amount of the comonomers, DVB or Tris, in the GMA-grafting system, was shown to bring about a significant increase in the grafting level paralleled by a large reduction in poly-GMA and PP degradation. In the presence of these highly reactive comonomers, the optimum grafting system requires a much lower concentration of the peroxide initiator and, consequently, would lead to the much lower degree of polymer degradation observed in these systems. The differences in the effects of the presence of DVB and that of TRIS in the grafting systems on the rate of the GMA-grafting and homopolymerisation reactions, and the extent of PP degradation (through melt flow changes), were compared and contrasted with a conventional GMA-grafting system.

Bifunctional SO4/ZrO2 catalysts for 5-hydroxymethylfufural (5-HMF) production from glucose

The telescopic conversion of glucose to fructose and then 5-hydroxymethylfurfural (5-HMF), the latter a potential, bio-derived platform chemical feedstock, has been explored over a family of bifunctional sulfated zirconia catalysts possessing tuneable acid-base properties. Characterisation by acid-base titration, XPS, XRD and Raman reveal that submonolayer SO4 coverages offer the ideal balance of basic and Lewis-Brønsted acid sites required to respectively isomerise glucose to fructose, and subsequently dehydrate fructose to 5-HMF. A constant acid site normalised turnover frequency is observed for fructose dehydration to 5-HMF, confirming a common Brønsted acid site is responsible for this transformation. This journal is © The Royal Society of Chemistry.