Reactivity characteristics of cytochrome c, cytochrome oxidase and the electrostatic cytochrome c - cytochrome oxidase complex /

The mechanism whereby cytochrome £ oxidase catalyses elec-. tron transfer from cytochrome £ to oxygen remains an unsolved problem. Polarographic and spectrophotometric activity measurements of purified, particulate and soluble forms of beef heart mitochondrial cytochrome c oxidase presented in this thesis confirm the following characteristics of the steady-state kinetics with respect to cytochrome £: (1) oxidation of ferrocytochrome c is first order under all conditions. -(2) The relationship between sustrate concentration and velocity is of the Michaelis-Menten type over a limited range of substrate. concentrations at high ionic strength. (3) ~he reaction rate is independent from oxygen concentration until very low levels of oxygen. (4) "Biphasic" kinetic plots of enzyme activity as a function of substrate concentration are found when the range of cytochrome c concentrations is extended; the biphasicity ~ is more apparent in low ionic strength buffer. These results imply two binding sites for cytochrome £ on the oxidase; one of high affinity and one of low affinity with Km values of 1.0 pM and 3.0 pM, respectively, under low ionic strength conditions. (5) Inhibition of the enzymic rate by azide is non-c~mpetitive with respect to cytochrome £ under all conditions indicating an internal electron transfer step, and not binding or dissociation of £ from the enzyme is rate limiting. The "tight" binding of cytochrome '£ to cytochrome c oxidase is confirmed in column chromatographic experiments. The complex has a cytochrome £:oxidase ratio of 1.0 and is dissociated in media of high ionic strength. Stopped-flow spectrophotometric studies of the reduction of equimolar mixtures and complexes of cytochrome c and the oxidase were initiated in an attempt to assess the functional relevance of such a complex. Two alternative routes -for reduction of the oxidase, under conditions where the predominant species is the £ - aa3 complex, are postulated; (i) electron transfer via tightly bound cytochrome £, (ii) electron transfer via a small population of free cytochrome c interacting at the "loose" binding site implied from kinetic studies. It is impossible to conclude, based on the results obtained, which path is responsible for the reduction of cytochrome a. The rate of reduction by various reductants of free cytochrome £ in high and low ionic strength and of cytochrome £ electrostatically bound to cytochrome oxidase was investigated. Ascorbate, a negatively charged reagent, reduces free cytochrome £ with a rate constant dependent on ionic strength, whereas neutral reagents TMPD and DAD were relatively unaffected by ionic strength in their reduction of cytochrome c. The zwitterion cysteine behaved similarly to uncharged reductants DAD and TI~PD in exhibiting only a marginal response to ionic strength. Ascorbate reduces bound cytochrome £ only slowly, but DAD and TMPD reduce bound cytochrome £ rapidly. Reduction of cytochrome £ by DAD and TMPD in the £ - aa3 complex was enhanced lO-fold over DAD reduction of free £ and 4-fold over TMPD reduction of free c. Thus, the importance of ionic strength on the reactivity of cytochrome £ was observed with the general conclusion being that on the cytochrome £ molecule areas for anion (ie. phosphate) binding, ascorbate reduction and complexation to the oxidase overlap. The increased reducibility for bound cytochrome £ by reductants DAD and TMPD supports a suggested conformational change of electrostatically bound c compare.d to free .£. In addition, analysis of electron distribution between cytochromes £ and a in the complex suggest that the midpotential of cytochrome ~ changes with the redox state of the oxidase. Such evidence supports models of the oxidase which suggest interactions within the enzyme (or c - enzyme complex) result in altered midpoint potentials of the redox centers.

Electrogenic proton/L-glutamate symport in isolated asparagus sprengeri mesophyll cell

Medium' alkaliniiation occurred -lipon the addition of L-Glu to mechanically isolated Asparagus sprenger-i mesophyll cells suspended in 1 mM CaS04. Alkalinization resulted from the coupled entry of H+ and L-Glu anion into the cells. This H+ IL-Glu symport did not stimulate K+ efflux. K+ efflux has been observed during H~ lamino acid symport in other systems. The stimulation of K+ efflux by proton coupled symport is regarded as an indicator of a plasma membrane depolarizing electrogenic symport process. H+ IL-Glu symport in Asparagus sprengerimesophyl1 cells was investigated to determine whether or not the process was electrogenic. The rate of uptake of 0.25 11M 3H-MTPP+ ( Methyltriphenylphosphonium, methyl-3H ) is a probe for monitoring changes in the membrane potential. 3HMTPP+ uptake was reduced by K+ or CCCP, agents known to depolarize the membrane potential. Uptake of 3H-MTPP+ was also inhibited by L-Glu but not by D-Glu. Conversely, 10 mM external MTPP+ inhibited the uptake of 14C-U-LGlu. Simultaneous measurements of the rates of 14C-U-L-Glu uptake and L-Glu dependent H+ influx showed that the molar stoichiometry of H+ IL-Glu symport was 2 to 1. K+ or Na+ stimulated H+ efflux was completely inhibited by DCCD, DES, oligomycin and antimycin reagents which inhibit ATP driven H+ efflux. The H+ efflux \Vas also stimulate.d by the weak acids, butyric acid and acetic acid, which are known fo-aCidify the cytoplasm. This weak acid stimulated H+ efflux was also completely inhibited by oligomycin. It was calculated that net L-Glu dependent H+ influx increased by 100% in the presence of oligomycin and that despite net medium alkalinization H+ IL-Glu symport stimulates ATP dependent H+ efflux. 11 The data presented in this study indicate that H+ IL-Glu symport is electrogenic. The data also show that ATP dependent Ht efflux rather than K+ efflux is the- process compensating for thi~ electrogenic H+ IL-Glu symport.

The application of gas liquid chromatography to the simultaneous analysis of sugars and sugar phosphates in biological samples /|nby David J. LeBlanc. -- 260 St. Catharines [Ont. : s. n.],

A study was undertaken' to determine the applicability of gas liquid chromatography to the simultaneous analysis of sugars and sugar phosphates from biological samples. A new method of silylation involving dimethylsulfoxide, hexamethyldisilazane, trimethylchlorosilane and cyclohexane (1:0.2:0.1:1) which rapidly silylated sugars and sugar phosphates was developed. Subsequent chromatography on a 5% SE-52 column gave good resolution of the sugar and sugar phosphate samples. Sugar phosphates decomposed during chromatography and were lost at the 7 x 10-3 ~mole level. Acidic ethanol extraction of yeast samples revealed background contamination from the yeast sample, the culture medium and the silylation reagents which would further limit the level of detection obtainable with the glc for sugars in biological samples to the 3 x 10-4 ~mole level.

The versatility and utilization of phosphorus based compounds in classic carbon-carbon bond forming and esterification reactions

The phosphonium salt room temperature ionic liquid tetradecyltrihexylphosphonium chloride (THPC) has been employed as an efficient reusable media for the palladium catalyzed Suzuki cross-coupling reaction of aryl halides, including aryl chlorides, under mild conditions. The cross-coupling reactions were found to proceed in THPC containing small amounts ofwater and toluene (single phase) using potassium phosphate and 1% Pd2(dba)3'CHCI3. Variously substituted iodobenzenes, including electron rich derivatives, reacted efficiently in THPC with a variety of arylboronic acids and were all complete within 1 hour at 50°C. The corresponding aryl bromides also reacted under these conditions with the addition of a catalytic amount of triphenylphosphine that allowed for complete conversion and high isolated yields. The reactions involving aryl chlorides were considerably slower, although the addition of triphenylphosphine and heating at 70°C allowed high conversion of electron deficient derivatives. Addition of water and hexane to the reaction products results in a triphasic system, from which the catalyst was then recycled by removing the top (hexanes) and bottom (aqueous) layers and adding the reagents to the ionic liquid which was heated again at 50°C; resulting in complete turnover of iodobenzene. Repetition of this procedure gave the biphenyl product in 82-97% yield (repeated five times) for both the initial and recycled reaction sequences. IL ESTERIFICATIONREACTION A new class oftrialkylphosphorane has been prepared through reaction of a trialkylphosphine with 2-chlorodimethylmalonate in the presence oftriethylamine. These new reagents promote the condensation reaction of carboxylic acids with alcohols to provide esters along with trialkylphosphine oxide and dimethylmalonate. The condensation reaction of chiral secondary alcohols can be controlled to give either high levels of inversion or retention through a subtle interplay involving basicity of the reaction media, solvent, and tuning the electronic and steric nature of the carboxylic acid and stenc nature of the phosphorane employed. A coherent mechanism is postulated to explain these observations involving reaction via an initial acyloxyphosphonium ion.

Modifications to the Suzuki reaction and mechanistic insights on the NBS mediated cleavage of benzylidene acetals /

One of the most challenging tasks for a synthetic organic chemist today, is the development of chemo, regio, and stereoselective methodologies toward the total synthesis of macromolecules. r . The objective of my thesis was to develop methodologies towards this end. The first part of my project was to develop highly functionalized chirons from D-glucose, a cheap, chiral starting material, to be utilized in this capacity. The second part of the project dealt with modifying the carbon-carbon bond forming Suzuki reaction, which is utilized quite often as a means of combining molecular sub units in total synthesis applications. As previously stated the first area of the project was to develop high value chirons from D-glucose, but the mechanism of their formation was also investigated. The free radical initiated oxidative fragmentation of benzylidene acetals was investigated through the use of several test-case substrates in order to unravel the possible mechanistic pathways. This was performed by reacting the different acetals with N-bromosuccinimide and benzoyl peroxide in chlorobenzene at 70^C in all cases. Of the three mechanistic pathways discussed in the literature, it was determined, from the various reaction products obtained, that the fragmentation of the initial benzylic radical does not occur spontaneously but rather, oxidation proceeds to give the benzyl bromide, which then fragments via a polar pathway. It was also discovered that the regioselectivity of the fragmentation step could be altered through incorporation of an allylic system into the benzylidene acetal. This allows for the acquisition of a new set of densely functionalized. chiral, valuable synthetic intermediates in only a few steps and in high yields from a-Dglucose. The second part of the project was the utilization of the phosphonium salt room temperature ionic liquid tetradecyltrihexylphosphonium chloride (THPC) as an efficient reusable medium for the palladium catalyzed Suzuki cross-coupling reaction of aryl halides, including aryl chlorides, under mild conditions. The cross-coupling reactions were found to proceed in THPC containing small amounts of water and toluene using potassium phosphate and 1% Pd2(dba)3. Variously substituted iodobenzenes, including electron rich derivatives, reacted efficiently in THPC with a variety of arylboronic acids and afforded complete conversion within 1 hour at 50 ^C. The corresponding aryl bromides also reacted under these conditions with the addition of a catalytic amount of triphenylphosphine that allowed for complete conversion and high isolated yields. The reactions involving aryl chlorides were considerably slower, although the addition of triphenylphosphine and heating at 70 ^C allowed high conversion of electron deficient derivatives. Addition of water and hexane to the reaction products results in a triphasic system in which the top hexane phase contained the biaryl products, the palladium catalyst remained fully dissolved in the central THPC layer, while the inorganic salts were extracted into the lower aqueous phase. The catalyst was then recycled by removing the top and bottom layers and adding the reagents to the ionic liquid which was heated again at 50 ^C; resulting in complete turnover of iodobenzene. Repetition of this procedure gave the biphenyl product in 82-97% yield (repeated five times) for both the initial and recycled reaction sequences.

Stereoselective synthesis of substituted hexahydro-3a,4a-diazacyclopentaphenanthren-4-ones and aminoferrocenes

This thesis explored the development of several methodologies for the stereoselective construction of ligand frameworks and some of their applications. The first segment concerns the application of an enantioselective lithiation at an Sp3_ hybridized position adjacent to nitrogen by means of the widely used and typically highly effective enantioselective lithiation with ( -)-sparteine. This investigation was intended to develop a method to install chirality into a system that would be converted into a family of diaminoylidenes for use as phosphine mimics in transition metal catalysis or as nucleophilic reagents. Molecular modeling of the system revealed some key interactions between the substrate and (-)-sparteine that provided general insight into the diamine's mode of action and should lend some predictive value to its future applications. The second portion focuses on the development of methods to access 1,2- disubstituted aminoferrocenes, an underexplored class of metallocenes possessing planar chirality. Two routes were examined involving a diastereoselective and an enantioselective pathway, where the latter method made use of the first BF3-mediated lithiation-substitution to install planar chirality. Key derivatives such as 1,2- aminophosphines, made readily accessible by the new route, were evaluated as ligands for Pd(II), Pt(II) and Ir(I). These complexes show activity in a number of transformations with both achiral and prochiral substrates. Optimization experiments were conducted to prepare enantiomerically enriched 2-substituted-I-aminoferrocenes by direct asymmetric lithiation of BF3-coordinated tertiary aminoferrocenes. A predictive computational model describing the transition state of this reaction was developed in collaboration with Professor Travis Dudding's group (Department of Chemistry, Brock University). The predicted stereochemistry of the process was confirmed by single-crystal X-ray analysis of a 2-phosphino-l-dimethylaminoferrocene derivative. Enantiomerically pure samples of the aminophosphine ligands derived from this new process have given promising preliminary results in the enantioselective hydrogenation of prochiral alkenes and warrant further stUdy in metal-mediated catalysis.

Development of thermally stable versions of the Burgess Reagent : approaches to the chemoenzymatic total synthesis of morphine

The present studies describe our recent work on expanding the use of the Burgess reagent and its reaction with oxiranes. Several new variants of the Burgess reagent and its chiral auxiliary version were evaluated for their thermal stability by NMR spectroscopy. Three new versions of the reagent were synthesized and their stability was determined. The reactivity of all five Burgess reagents was compared in a dehydration reaction and reactions with epoxides and diols. Progress toward a chemoenzymatic synthesis of morphine is also included in this report. The synthesis began with the whole cell oxidation of bromobenzene by Escherichia coli JMI09(pDTG601). The preparation of several precursors for a key step involving the lohnson-Claisen rearrangement and progress toward the total synthesis are described.

A DFT Guided/Experimental Approach to Asymmetric Allylation and Phase-Transfer Catalysis

The Dudding group is interested in the application of Density Functional Theory (DFT) in developing asymmetric methodologies, and thus the focus of this dissertation will be on the integration of these approaches. Several interrelated subsets of computer aided design and implementation in catalysis have been addressed during the course of these studies. The first of the aims rested upon the advancement of methodologies for the synthesis of biological active C(1)-chiral 3-methylene-indan-1-ols, which in practice lead to the use of a sequential asymmetric Yamamoto-Sakurai-Hosomi allylation/Mizoroki Heck reaction sequence. An important aspect of this work was the utilization of ortho-substituted arylaldehyde reagents which are known to be a problematic class of substrates for existing asymmetric allylation approaches. The second phase of my research program lead to the further development of asymmetric allylation methods using o-arylaldehyde substrates for synthesis of chiral C(3)-substituted phthalides. Apart from the de novo design of these chemistries in silico, which notably utilized water-tolerant, inexpensive, and relatively environmental benign indium metal, this work represented the first computational study of a stereoselective indium-mediated process. Following from these discoveries was the advent of a related, yet catalytic, Ag(I)-catalyzed approach for preparing C(3)-substituted phthalides that from a practical standpoint was complementary in many ways. Not only did this new methodology build upon my earlier work with the integrated (experimental/computational) use of the Ag(I)-catalyzed asymmetric methods in synthesis, it provided fundamental insight arrived at through DFT calculations, regarding the Yamamoto-Sakurai-Hosomi allylation. The development of ligands for unprecedented asymmetric Lewis base catalysis, especially asymmetric allylations using silver and indium metals, followed as a natural extension from these earlier discoveries. To this end, forthcoming as well was the advancement of a family of disubstituted (N-cyclopropenium guanidine/N-imidazoliumyl substituted cyclopropenylimine) nitrogen adducts that has provided fundamental insight into chemical bonding and offered an unprecedented class of phase transfer catalysts (PTC) having far-reaching potential. Salient features of these disubstituted nitrogen species is unprecedented finding of a cyclopropenium based C-H•••πaryl interaction, as well, the presence of a highly dissociated anion projected them to serve as a catalyst promoting fluorination reactions. Attracted by the timely development of these disubstituted nitrogen adducts my last studies as a PhD scholar has addressed the utility of one of the synthesized disubstituted nitrogen adducts as a valuable catalyst for benzylation of the Schiff base N-diphenyl methylene glycine ethyl ester. Additionally, the catalyst was applied for benzylic fluorination, emerging from this exploration was successful fluorination of benzyl bromide and its derivatives in high yields. A notable feature of this protocol is column-free purification of the product and recovery of the catalyst to use in a further reaction sequence.

Standardization of cytokine flow cytometry assays

Affiliation: Faculté de médecine, Université de Montréal & CANVAC

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%.

Sels de tétraarylphosphonium : synthèse et application à la synthèse de la (–)-coniine ; capacité trans-directrice du groupement amide en cyclopropanation d’oléfines

Le développement ainsi que l’amélioration des différentes techniques de purification sont des défis importants pour la chimie d’aujourd’hui. Certaines des méthodes actuelles, tel que le greffage d’un réactif sur un support solide permettant d’accéder à un produit pur par simple filtration du milieu, comportent toutefois certains inconvénients. En effet, les propriétés de solubilité de ces polymères rendent la mise en œuvre des réactions plus difficiles. C’est dans ce contexte que le groupe du Pr. Charette a rapporté l’utilisation de réactifs liés à un sel de tétraarylphosphonium (TAP). Ces sels peuvent être solubilisés dans un solvant tel que le dichlorométhane et aisément retirés du milieu réactionnel par précipitation à l’aide d’éther diéthylique (Chapitre 1). L’un des objectifs de cette thèse a donc été lié à la découverte de deux méthodes complémentaires qui, jusqu’à présent, sont considérées comme des méthodes de choix pour la synthèse des sels de TAP fonctionnalisés (Chapitre 2). L’une d’entre elles est utilisée par Soluphase inc., une entreprise qui commercialise ces sels de TAP. L’efficacité des sels en tant que support dans la synthèse de petites molécules a été démontrée lors de la synthèse d’un produit naturel, la (–)-coniine (Chapitre 3). L’isolement des intermédiaires synthétiques instables par simple précipitation à l’aide d’un support de TAP a permis de rendre cette synthèse plus efficace que celle déjà connue. Dans le deuxième volet de cette thèse, plusieurs problèmes reliés à la synthèse de dérivés cyclopropaniques 1,1-disubstitués ont été étudiés. Ces derniers font partie intégrale de plusieurs produits naturels et de médicaments. Cependant, leur formation par une réaction de cyclopropanation d’alcènes utilisant des réactifs diazoïques possédant deux groupements de type accepteur n’est pas tâche facile (Chapitre 4). En effet, cette réaction souffre d’un faible contrôle diastéréosélectif. Par le fait même, très peu de méthodologies de synthèse ont rapporté l’utilisation de ce type de réactifs diazoïques dans des réactions de cyclopropanation stéréosélectives. L’étude du mécanisme de la réaction de cyclopropanation catalysée au Rh(II) a proposé des indices favorisant un modèle ayant des précédents dans la littérature (Chapitre 5). Ces études nous ont mené à la découverte de la «capacité trans-directrice» du groupement amide lors des réactions de cyclopropanation d’oléfines. Nous avons donc utilisé cette propriété afin de résoudre plusieurs problèmes rencontrés dans la littérature. Nous avons montré qu’elle permet l’accès à des dérivés cyclopropaniques possédant deux groupements carboxyliques géminaux avec des sélectivités élevées (Chapitre 6). Ces produits étaient accessibles que par des séquences synthétiques nécessitant plusieurs étapes. De plus, nous avons démontrés que ces nouveaux dérivés cyclopropaniques sont des outils synthétiques fort utiles dans la synthèse de produits naturels d’intérêt biologique. Cette formidable «capacité trans-directrice» du groupement amide nous a permi de résoudre le problème de la synthèse asymétrique de dérivés carboxyliques α-cyano cyclopropaniques (Chapitre 7). De plus, ce projet nous a menées à la découverte de l’effet de divers additif achiraux permettant d’augmenter la sélectivité dans certaines réactions. Cette réaction possède une vaste étendue et l’utilité de ces nouveaux dérivés cyclopropaniques a été démontrée par plusieurs transformations de groupements fonctionnels.

Synthèse stéréosélective de dérivés pipéridines polysubstitués par fragmentation de Grob

Dans ce mémoire, il sera question de la formation de dérivés pipéridines en utilisant la fragmentation de Grob. Tout d’abord, une introduction sur les alcaloïdes ainsi que sur l’expertise du groupe Charette associée à leur formation démontrera l’importance de ces composés dans le domaine de la chimie organique. Cela sera suivi par un résumé de la fragmentation de Grob incluant les conditions de réactions utilisées, l’importance de la structure de la molécule initiale, les prérequis stéréoélectroniques ainsi que les modifications qui y ont été apportées. Le chapitre 2 sera dédié au développement de la méthodologie c’est-à-dire, à l’optimisation de tous les paramètres jouant un rôle dans la fragmentation de Grob. Par la suite, l’étendue de la réaction ainsi que des explications sur la régiosélectivité et la diastéréosélectivité de la réaction seront fournies. La méthodologie peut être exploitée dans un contexte de synthèse qui sera démontré dans le chapitre 3. De plus, elle servira pour une étude mécanistique qui est encore d’actualité à partir du concept d’effet frangomérique. Finalement, quelques projets futurs, notamment des améliorations possibles de la méthodologie, seront présentés dans le dernier chapitre. Le tout sera suivi d’une conclusion résumant l’ensemble des travaux effectués.

Synthèse stéréosélective de motifs polypropionates via la chimie des radicaux : application à l'élaboration de l'hémisphère ouest de la narasine

Cet ouvrage traite principalement de la synthèse de motifs polypropionates de type stéréopentade ainsi qu’une application à la synthèse d’une molécule naturelle possèdant des propriétés biologiques. La stratégie envisagée pour l’élaboration de ces motifs récurrents dans plusieurs structures d’origine naturelle fait appel à la chimie des radicaux. Cette thèse se divise en différents chapitres dans lesquels la versatilité de la méthodologie développée sera démontrée. En premier lieu, il sera question de présenter l’importance de la synthèse de motifs polypropionates. Le domaine couvert par la chimie de ces molécules complexes hautement fonctionnalisées a contribué énormément à l’avancement de nos connaissances en synthèse organique, particulièrement dans le contexte des réactions impliquant des molécules acyliques. Une brève description des méthodes connues est présentée afin de saisir l’étendue des défis restants pour construire efficacement tous les isomères possibles des polypropionates de type stéréopentade. La stratégie proposée est basée sur une approche contrôlée entièrement par le substrat. Ce contrôle s’appuie sur le choix judicieux de l’acide de Lewis activant les deux réactions impliquées, soit la réaction de Mukaiyama et le transfert d’hydrogène. La seconde section de cette thèse concerne principalement le développement d’une réaction de Mukaiyama impliquant un éther d’énol silylé portant un lien pouvant être homolytiquement brisé dans la réaction suivante et un aldéhyde de type propionate. Le contrôle de l’aldolisation provient de la nature de l’acide de Lewis. Une espèce monodentate (BF3·OEt2) génère une relation 3,4-syn selon le modèle dit Felkin-Anh tandis que les acides de Lewis bidentates mènent à la relation 3,4-anti via un état de transition définit comme Cram-chélate. Une optimisation des conditions réactionnelles en variant l’acidité et la stoechiométrie de l’acide de Lewis de titane a permis de construire diastéréosélectivement le produit de Mukaiyama ayant une relation 3,4-anti. En outre, la nature des complexes impliqués dans ces réactions a été élucidée par des études RMN 13C à basse température. Une fois les précurseurs radicalaires synthétisés, notre méthodologie de réduction par transfert d’hydrogène contrôlée également par les acides de Lewis s’avère très efficace. Les acides de Lewis dérivés d’aluminium mènent sélectivement à la relation 2,3-syn selon un contrôle endocyclique tandis que les acides de Lewis de bore permettent la création des relations 2,3-anti en se basant sur une stabilisation par les divers facteurs de contrôle de molécules acycliques. Cette stratégie novatrice nous a ainsi permis de construire efficacement les 16 diastéréoisomères possibles. Le chapitre suivant concerne l’application de cette méthodologie à la synthèse de l’hémisphère ouest de la salinomycine et de la narasine. Plusieurs défis synthétiques ont été relevés à cette occasion par la présence de nombreux centres stéréogènes contigus. Nous avons réalisé que la relation stéréochimique 2,3-anti de la salinomycine n’est pas accessible sélectivement par la chimie des radicaux via l’effet exocyclique. Des études ont été entreprises afin de comprendre cette perte de sélectivité. Les conclusions suggèrent que les substituants sur le cycle imposent un biais conformationnel conduisant à des faibles sélectivités. Une alternative utilisant un réactif de crotylsilane chiral a été développée pour arriver à la molécule cible. Cette situation est différente dans le cas de la narasine où la présence du méthyle sur le carbone en position β du radical bloque efficacement l’approche d’une des faces d’attaque par l’hydrure. Des sélectivités impressionnantes nous ont permis de construire le fragment C1-C9 de la narasine de manière expéditive et efficace. Finalement, l’élongation sélective utilisant à nouveau la séquence d’aldolisation de Mukaiyama/réduction radicalaire suivie d’un couplage de type aldol stéréosélectif conduit au fragment C1-C17 de la narasine (hémisphère ouest)en 19 étapes avec un rendement global de l’ordre de 7 %. En dernier lieu, nous nous sommes penchés sur la réactivité des α-bromo-β- alkoxycétones lors de transfert d’hydrogène. Nous avons découvert que la chimie de ces derniers pourrait s’avérer utile dans le contexte de la synthèse de motifs complexes polypropionates. La présence d’un centre stéréogène de l’autre coté de la cétone semble avoir un impact sur la sélectivité.

Synthèse diastéréosélective et énantiosélective de dérivés cyclopropaniques 1,2,3-substitués à l’aide de carbénoïdes gem-dizinciques

Les dérivés cyclopropaniques 1,2,3-substitutés sont des composés intéressants dans de nombreux domaines de la chimie. Au cours de cet ouvrage, nous nous sommes intéressés à la synthèse, tout d’abord diastéréosélective puis énantiosélective de ces composés. Nous nous sommes en particulier intéressés à l’utilisation de la zinciocyclopropanation pour l’obtention de ces dérivés cyclopropaniques 1,2,3-substitutés. Cette méthode consiste en l’utilisation d’un carbénoïde gem-dizincique pour effectuer une réaction de type Simmons-Smith. Cette stratégie a l’avantage d’être diastéréosélective favorisant la formation du zinciocyclopropane dont l’atome de zinc est dans une configuration cis avec le groupement directeur qu’est l’oxygène allylique basique. Lors de cette réaction, l’existence d’une réaction compétitive avec un réactif monozincique diminuait l’utilité de la zinciocyclopropanation. L’issue de la réaction s’est avérée dépendre fortement de la nature du carbénoïde utilisé, de la température réactionnelle et de la présence de ZnI2 dans le milieu. L’étude par GCMS de nombreuses conditions pour la formation des différents carbénoïdes a permis d’identifier les paramètres clés conduisant à la zinciocyclopropanation. Ces découvertes ont notamment permis d’étendre la réaction de zinciocyclopropanation aux alcools allyliques portant un seul groupement directeur (ie. non dérivé du 1,4-buténediol). Dans ces conditions, la réaction s’est avérée extrêmement diastéréosélective favorisant la formation du zinciocyclopropane dont l’atome de zinc est dans une configuration cis avec le groupement directeur. Afin de fonctionnaliser les zinciocyclopropanes ainsi obtenus, plusieurs réactions de fonctionnalisation in situ ont été développées. Chacune de ces méthodes a montré une conservation totale de la diastéréosélectivité obtenue lors de la réaction de zinciocyclopropanation. La versatilité de la zinciocyclopropanation a donc été démontrée. Avec une méthode diastéréosélective efficace pour la formation de zinciocyclopropanes à partir d’alcools allyliques ne portant qu’un seul groupement directeur, il est devenu possible d’envisager le développement énantiosélectif de la réaction. L’utilisation d’un dioxaborolane énantiopur a permis la zinciocyclopropanation avec de très bons excès énantiomères de divers alcools allyliques chiraux. La présence sur la même molécule d’un lien C–Zn nucléophile est d’un atome de bore électrophile a conduit à un échange bore-zinc in situ, formant un cyclopropylborinate énantioenrichi. La formation de ce composé bicyclique a permis d’obtenir une diastéréosélectivité parfaite. De nombreux alcools allyliques ont pu ainsi être convertis en cyclopropylborinates. Une réaction de Suzuki subséquente a permis la formation de dérivés cyclopropaniques 1,2,3-trisubstitués avec de très bons excès énantiomères et une excellente diastéréosélectivité. Les cyclopropylborinates obtenus à l’issue de la zinciocyclopropanation énantiosélective se sont avérés être des unités très versatiles puisque de nombreuses méthodes ont pu être développés pour leur fonctionnalisation.

Synthèse formelle de l’hormaomycine et de la bélactosine A par utilisation d’une réaction de cyclopropanation intramoléculaire catalysée par un complexe de rhodium (II)

Ce mémoire présente trois approches différentes vers la synthèse du 3–(trans–2–nitrocyclopropyl)alanine, un intermédiaire synthétique de la hormaomycine. Cette molécule naturelle démontre d’intéressantes activités biologiques et pharmacologiques. Il est intéressant de souligner que ce dérivé donne facilement accès au 3–(trans–2–aminocyclopropyl)alanine, unité centrale de la bélactosine A. Ce composé naturel possédant lui aussi d’intéressantes propriétés biologiques, plusieurs études relationnelles structures-activités menant à des dérivés plus actifs de cette molécule ont été entreprises, démontrant l’intérêt toujours présent de synthétiser de façon efficace et optimale ces dérivés cyclopropaniques. Une méthodologie développée au sein de notre groupe de recherche et basée sur une réaction de cyclopropanation intramoléculaire diastéréosélective sera mise à profit afin d’élaborer une nouvelle voie de synthèse aussi élégante qu’efficace à la construction du 3–(trans–2–nitrocyclopropyl) alanine. En utilisant un carbène de rhodium généré soit par la dégradation d’un dérivé diazoïque, soit par la formation d’un réactif de type ylure d’iodonium, une réaction de cyclopropanation diastéréosélective permettra la formation de deux autres centres contigus et ce, sans même utiliser d’auxiliaire ou de catalyseur énantioenrichis. Ensuite, un réarrangement intramoléculaire précédant deux réactions synchronisées d’ouverture de cycle et de décarboxylation permettront l’obtention du composé d’intérêt avec un rendement global convenable et en relativement peu d’étapes. De cette manière, la synthèse formelle de la bélactosine A et de l’hormaomycine a été effectuée. Cette synthèse se démarque des autres par l’utilisation d’une seule transformation catalytique énantiosélective.