The antioxidant action of Polypodium leucotomos extract and kojic acid: reactions with reactive oxygen species

Two natural products Polypodium leucotomos extract (PL) and kojic acid (KA) were tested for their ability to scavenge reactive oxygen species (·OH, ·O2-, H2O2, ¹O2) in phosphate buffer. Hydroxyl radicals were generated by the Fenton reaction, and the rate constants of scavenging were 1.6 x 10(9) M-1 s-1 for KA and 1.0 x 10(9) M-1 s-1 for PL, similar to that of ethanol (1.4 x 10(9) M-1 s-1). With superoxide anions generated by the xanthine/hypoxanthine system, KA and PL (0.2-1.0 mg/ml) inhibited ·O2-dependent reduction of nitroblue tetrazolium by up to 30 and 31%, respectively. In the detection of ¹O2 by rose bengal irradiation, PL at 1.0 mg/ml quenched singlet oxygen by 43% relative to azide and KA by 36%. The present study demonstrates that PL showed an antioxidant effect, scavenging three of four reactive oxygen species tested here. Unlike KA, PL did not significantly scavenge hydrogen peroxide.

The starch from Solanum lycocarpum St. Hill. fruit is not a hypoglycemic agent

We have investigated the hypoglycemic effect induced by the starch obtained from the unripe fruits of Solanum lycocarpum (Solanaceae). Per os administration of the starch (1000 or 2000 mg/kg, twice daily for 7 days, N = 6) did not change glycemia levels of nondiabetic female Swiss mice weighing 25-30 g. In streptozotocin-induced diabetic mice, similar treatment with the starch did not change the elevated glycemia 3 h after the last dose (diabetic treated with saline = 288 ± 17/309 ± 18; starch 1000 mg/kg = 295 ± 33; starch 2000 mg/kg = 258 ± 37; N = 5). In animals fasted for 15 h, per os administration of glucose (600 mg/kg) significantly increased glycemia 1 h later. Previous (-30 min) treatment of the animals with the starch (1000 or 2000 mg/kg; N = 5) did not change the increase of glycemia. Per os administration of the starch (1000 or 2000 mg kg-1 day-1, twice daily for 7 days) did not induce body weight gain or loss. The chemical analysis of the starch indicated the presence of glycoalkaloids, a finding that represents a reason for concern since many of these substances are generally toxic. In interviews with 56 diabetic patients, 29 medicinal plants were reported as useful in their treatment of diabetes and S. lycocarpum was the sixth most frequently mentioned. All patients interviewed reported that they also used insulin or oral hypoglycemic drugs. The results of the present study do not provide evidence for a hypoglycemic effect associated with the polysaccharide fraction of S. lycocarpum in either normal or hyperglycemic mice. These data demonstrate the need for adequate pharmacological investigation of the natural products widely used in folk medicine.

Modulation of B lymphocyte function by an aqueous fraction of the ethanol extract of Cissampelos sympodialis Eichl (Menispermaceae)

Cissampelos sympodialis Eichl species are used in folk medicine for the treatment of asthma, arthritis and rheumatism. In the present study, we investigated the immunomodulatory effect of an aqueous fraction of a 70% (v/v) ethanol extract of C. sympodialis leaves on B lymphocyte function. The hydroalcoholic extract inhibited the in vitro proliferative response of resting B cells induced by LPS (IC50 = 17.2 µg/ml), anti-delta-dextran (IC50 = 13.9 µg/ml) and anti-IgM (IC50 = 24.3 µg/ml) but did not affect the anti-MHC class II antibody-stimulated proliferative response of B cell blasts obtained by stimulation with IL-4 and anti-IgM. Incubation with the hydroalcoholic extract used at 50 µg/ml induced a 700% increase in intracellular cAMP levels. IgM secretion by resting B cells (obtained from normal mice) and polyclonally activated B cells (obtained from Trypanosoma cruzi-infected animals) was inhibited by the hydroalcoholic extract. The latter were more sensitive to the hydroalcoholic extract since 6.5 µg/ml induced a 20% inhibition in the response of cells from normal mice while it inhibited the response of B cells from infected animals by 75%. The present data indicate that the alcoholic extract of C. sympodialis inhibited B cell function through an increase in intracellular cAMP levels. The finding that the hydroalcoholic extract inhibited immunoglobulin secretion suggests a therapeutic use for the extract from C. sympodialis in conditions associated with unregulated B cell function and enhanced immunoglobulin secretion. Finally, the inhibitory effect of the hydroalcoholic extract on B cells may indicate an anti-inflammatory effect of this extract.

Rapid test for the evaluation of the activity of the prodrug hydroxymethylnitrofurazone in the processing of Trypanosoma cruzi messenger RNAs

No fully effective treatment has been developed since the discovery of Chagas' disease by Carlos Chagas in 1909. Since drug-resistant Trypanosoma cruzi strains are occurring and the current therapy is effectiveness in the acute phase but with various adverse side effects, more studies are needed to characterize the susceptibility of T. cruzi to new drugs. Many natural and/or synthetic substances showing trypanocidal activity have been used, even though they are not likely to be turned into clinically approved drugs. Originally, drug screening was performed using natural products, with only limited knowledge of the molecular mechanism involved in the development of diseases. Trans-splicing, which is unusual RNA processing reaction and occurs in nematodes and trypanosomes, implies the processing of polycistronic transcription units into individual mRNAs; a short transcript spliced leader (SL RNA) is trans-spliced to the acceptor pre-mRNA, giving origin to the mature mRNA. In the present study, permeable cells of T. cruzi epimastigote forms (Y, BOL and NCS strains) were treated to evaluate the interference of two drugs (hydroxymethylnitrofurazone - NFOH-121 and nitrofurazone) in the trans-splicing reaction using silver-stained PAGE analysis. Both drugs induced a significant reduction in RNA processing at concentrations from 5 to 12.5 µM. These data agreed with the biological findings, since the number of parasites decreased, especially with NFOH-121. This proposed methodology allows a rapid and cost-effective screening strategy for detecting drug interference in the trans-splicing mechanism of T. cruzi.

Structural and functional Studies of angucycline tailoring enzymes

Polyketides are a diverse group of natural products produced in many bacteria, fungi and plants. These metabolites have diverse biological activities and several members of this group are in clinical use as antibiotics, anticancer agents, antifungals and immunosuppressants. The different polyketides are produced by polyketide synthases, which catalyze the condensation of extender units into various polyketide scaffolds. After the biosynthesis of the polyketide backbone, more versatility is created to the molecule by tailoring enzymes catalyzing for instance hydroxylations, methylations and glycosylations. Flavoprotein monooxygenases (FPMO) and short-chain alcohol dehydrogenases/reductases (SDR) are two enzyme families that catalyze unusual tailoring reactions in the biosynthesis of natural products. In the experimental section, functions of homologous FPMO and SDR tailoring enzymes from five different angucycline pathways were studied in vitro. The results revealed how different angucyclinones are produced from a common intermediate and that FPMO JadH and SDR LanV are responsible for the divergence of jadomycins and landomycins, respectively, from other angucyclines. Structural studies of these tailoring enzymes revealed differences between homologous enzymes and enabled the use of structure-based protein engineering. Mutagenesis experiments gave important information about the enzymes behind the evolution of distinct angucycline metabolites. These experiments revealed a correlation between the substrate inhibition and bi-functionality in JadH homologue PgaE. In the case of LanV, analysis of mutagenesis results revealed that the difference between the stereospecificities of LanV and its homologues CabV and UrdMred is unexpectedly related to the conformation of the substrate rather than to the structure of the enzyme. Altogether, the results presented here have improved our knowledge about different steps of angucycline biosynthesis and the reaction mechanisms used by the tailoring enzymes behind these steps. This information can hopefully be used to modify these enzymes to produce novel metabolites, which have new biological targets or possess novel modes-of-action. The understanding of these unusual enzyme mechanisms is also interesting to enzymologists outside the field of natural product research.

In vitro and in vivo antitumor activity of crude extracts obtained from Brazilian Chromobacterium sp isolates

Natural products produced by microorganisms have been an important source of new substances and lead compounds for the pharmaceutical industry. Chromobacterium violaceum is a Gram-negative β-proteobacterium, abundant in water and soil in tropical and subtropical regions and it produces violacein, a pigment that has shown great pharmaceutical potential. Crude extracts of five Brazilian isolates of Chromobacterium sp (0.25, 2.5, 25, and 250 µg/mL) were evaluated in an in vitro antitumor activity assay with nine human tumor cells. Secondary metabolic profiles were analyzed by liquid chromatography and electrospray ionization mass spectrometry resulting in the identification of violacein in all extracts, whereas FK228 was detected only in EtCE 308 and EtCE 592 extracts. AcCE and EtCE 310 extracts showed selectivity for NCI/ADR-RES cells in the in vitro assay and were evaluated in vivo in the solid Ehrlich tumor model, resulting in 50.3 and 54.6% growth inhibition, respectively. The crude extracts of Chromobacterium sp isolates showed potential and selective antitumor activities for certain human tumor cells, making them a potential source of lead compounds. Furthermore, the results suggest that other compounds, in addition to violacein, deoxyviolacein and FK228, may be involved in the antitumor effect observed.

The Brazilian consumer's understanding and perceptions of organic vegetables: a Focus Group approach

Focus Group is a tool which generates, through interview sessions with a small number of participants, preliminary data to be used in subsequent quantitative stages. Many consumer studies use qualitative research with the aim of obtaining information and opinions on a specific product or situation. The objective of the present study was to obtain knowledge on the opinion, understanding and perception of the Brazilian consumer with respect to vegetables, focusing on organic products, using Focus Group Sessions. Four Focus Group Sessions were held with men and women in different environments, following a previously elaborated interview guide. In this study, it was observed that the consumers demonstrated being interested in having a healthy diet, based on fruit, vegetables and natural products. However, only a few declared consuming organic foods. Some participants did not know what the term organic meant, and most of them think that organic products are still very expensive, are not easily available in the supermarkets, do not have a good appearance, mainly in terms of size and packaging, and their certification is not always trustworthy. Almost all participants stated that they read package labels and among the items most observed were best-before date, nutritional information, production system and price. This study has identified important vegetable attributes perceived by the consumer, favouring the planning of a subsequent quantitative research. The results suggest that more information on the benefits of organic agriculture has to be passed on to consumers in order to contribute to a higher consumption of such products.

Bio and chemocatalysis for stereo and regioselective one-pot reaction applications

The development of cost efficient, selective and sustainable chemical processes for production of chiral building blocks is of great importance in synthetic and industrial organic chemistry. One way to reach these objectives is to carry out several reactions steps in one vessel at one time. Furthermore, when this kind of one-pot multi step reactions are catalyzed by heterogeneous chemo- and bio-catalysts, which can be separated from the reaction products by filtration, practical access to chiral small molecules for further utilization can be obtained. The initial reactions studied in this thesis are the two step dynamic kinetic resolution of rac-2-hydroxy-1-indanone and the regioselective hydrogenation of 1,2-indanedione. These reactions are then combined in a new heterogeneously catalyzed one-pot reaction sequence enabling simple recovery of the catalysts by filtration, facilitating simple reaction product isolation. Conclusively, the readily available 1,2-indanedione is by the presented one-pot sequence, utilizing heterogeneous enzyme and transition metal based catalysts, transferred with high regio- and stereoselectivity to a useful chiral vicinal hydroxyl ketone structure. Additional and complementary investigation of homogeneous half-sandwich ruthenium complexes for catalyzing the epimerization of chiral secondary alcohols of five natural products containing additional non-functionalized stereocenters was conducted. In principle, this kind of epimerization reactions of single stereocenters could be utilized for converting inexpensive starting materials, containing other stereogenic centers, into diastereomeric mixtures from which more valuable compounds can be isolated by traditional isolation techniques.

Synthetic approaches to syn-diol containing biologically active compounds /

The deoxy derivative of pancratistatin 1.10 was prepared in good yield through the use of a [4+2] Diels-Alder cycloaddition and Bischler-Napieralski cyclization approach. The Bischler-Napieralski cyclization was shown to yield two additional side products 2.9, 2.10, however, under slightly modified hydrolysis conditions, the tetracyclic product 2.11 was obtained exclusively in greater than 84% yield. Initial screening of the di-hydroxylatgd derivative, and the other complementary pair analogue 1.10' previously prepared in our laboratories gave interesting results. Both of these compounds were shown to exhibit cytostatic activity; the mono-alcohol was marginally active while the di-hydroxylated analogue proved to be more potent although one to two magnitudes less potent than pancratistatin itself Human tumour cell line assay results indicated that the di-hydroxylated derivative exhibited selective cytotoxic inhibition in the following cell lines: non-small cell lung cancer line NCI-H226 (ED50 - 0.65 ^g/mL), leukemia cell lines CCRF-CEM (ED30 = 0.55 Hg/mL) and HL-60(TB) (ED50 = 0.89^ig/mL). Our results demonstrated that the pharmacophore is not a mono-alcohol, and that the minimum pharmacophore contains the hydroxyl group at the C4 position in addition to either, or both, of the hydroxyl groups present at C2 and C3.' The minimum pharmacophore has been narrowed to only three possibilities which are current synthetic targets in several research groups. The controlled Grignard addition to the tartaric acid derived bis-Weinreb amide 1.25 afforded a direct entry to a host of 1,4-diflferentiated tartaric acid derived intermediates (2.12-2.18). This potentially usefiil methodology was demonstrated through the efficient synthesis of the naturally occurring lactone 2.23, which bears the inherent syn-dio\ subunit. Based on this result, a similar approach to the synthesis of syn-dio\ bearing natural products looks very promising? A direct 2,3-diol desymmetrization method using TIPS-triflate was shown to be effective on the selective differentiation of Z,-methyl tartrate (and diisopropyl tartrate). The mono-silyl-protected intermediates 2.31 also proved to be useful when they were selectively differentiated at the 1,4-carboxyl position (2.35, 2.36) through the use of a borohydride reducing agent. Furthermore, the mono-silyl-protected derivative underwent periodate cleavage affording two synthetically useful a,P-unsaturated esters 2.43, 2.44, with one of esters being obtained via a silyl-migration method.''

The Catharanthus roseus 16-hydroxytabersonine O-methyltransferase involved in vindoline biosynthesis /

Madagascar periwinkle (Catharanthus roseus) produces the well known and remarkably complex dimeric anticancer alkaloids vinblastine and vincristine that are derived by coupling vindoline and catharanthine monomers. This thesis describes the novel application of carborundum abrasion (CA) technique as a tool for large scale isolation of leaf epidermis enriched proteins. This technique was used to facilitate the purification to apparent homogeneity of 16-hydroxytabersonine-16-0-methyltransferse (l60MT) that catalyses the second step in the 6 step pathway that converts tabersonine into vindoline. This versatile tool was also used to harvest leaf epidermis enriched mRNAs that facilitated the molecular cloning of the 160MT. Functional expression and biochemical characterization of recombinant 160MT enzyme showed that it had a very narrow substrate specificity and high affinity for 16-hydroxytabersonine, since other closely related monoterpene indole alkaloids (MIAs) did not act as substrates. In addition to allowing the cloning of this gene, CA technique clearly showed that 160MT is predominantly expressed in Catharanthus leaf epidermis, in contrast to several other OMTs that appear to be expressed in other Catharanthus tissues. The results provide compelling evidence that most of the pathway for vindoline biosynthesis including the 0- methylation of 16-hydroxytabersonine occurs exclusively in leaf epidermis, with subsequent steps occurring in other leaf cell types. Small molecule O-methyltransferases (OMTs) (E.C. 2.1.1.6.x) catalyze the transfer of the reactive methyl group of S-adenosyl-L-methionine (SAM) to free hydroxyl groups of acceptor molecules. Plant OMTs, unlike their monomeric mammalian homologues, exist as functional homodimers. While the biological advantages for dimer fonnation with plant OMTs remain to be established, studies with OMTs from the benzylisoquinoline producing plant, Thalictrum tuberosum, showed that co-expression of 2 recombinant OMTs produced novel substrate specificities not found when each rOMT was expressed individually (Frick, Kutchan, 1999) . These results suggest that OMTs can fonn heterodimers that confer novel substrate specificities not possible with the homodimer alone. The present study describes a 160MT model based strategy attempting to modify the substrate specificity by site-specific mutagenesis. Our failure to generate altered substrate acceptance profiles in our 160MT mutants has lead us to study the biochemical properties ofhomodimers and heterodimers. Experimental evidence is provided to show that active sites found on OMT dimers function independently and that bifunctional heterodimeric OMTs may be fonned in vivo to produce a broader and more diverse range of natural products in plants.

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.

Réactions d’ouverture d’aziridines Troc-protégées

Ce mémoire a comme sujet principal les réactions d’ouvertures d’aziridines et leur application synthétique. Notre groupe de recherche a récemment mis au point une méthode d’aziridination énantiosélective catalysée au cuivre à partir de N-tosyloxycarbamates qui permet d’obtenir une grande variété d’arylaziridines protégées avec un groupement carbamate. Or, même si le motif aziridine se retrouve dans certains produits naturels, l’intérêt de sa synthèse provient en partie de l’accès facile à différents composés contenant une fonction amine protégée qui peuvent être obtenus suite à l’ouverture d’aziridines par différents nucléophiles. L’ouverture nucléophile des aziridines fut largement explorée pour une variété de nucléophiles et d’aziridines. Toutefois, puisque les arylaziridines protégées par un groupement carbamate n’étaient auparavant pas disponibles, leur régio- et stéréosélectivité est encore méconnue. Nous présentons ici dans un premier temps, les résultats obtenus lors de l’ouverture de la p-nitrophénylaziridine protégée par un groupement Troc avec différents nucléophiles. Puis, suite à l’obtention de bonnes diastéréosélectivités lors de la synthèse d’aziridines avec le dérivé chiral PhTrocNHOTs, des réactions d’ouvertures ont été tentées avec la p-nitrophénylaziridine protégée avec un groupement PhTroc. Les conditions optimisées d’ouverture impliquent l’acide de Lewis BF3∙OEt2 (10 mol%) à 23 °C avec une variété de nucléophiles. Ces conditions ont été appliquées à l’ouverture d’une gamme d’aziridines protégées par le groupement PhTroc dont les résultats sont décrits dans cet ouvrage. Finalement, le dernier chapitre de ce mémoire rapporte l’utilisation de ces conditions dans la synthèse du (R)-Nifenalol, un agent beta-bloquant qui a démontré une activité en tant qu’antiangineux et antiarythmique.

Direct functionalization of heterocyclic and non-heterocyclic arenes

L’application des métaux de transition à la fonctionnalisation directe a ouvert la voie à une nouvelle classe de réactions pour la formation de liens carbone-carbone. De par l'omniprésence des liaisons C–H, l’introduction de nouvelles fonctionnalités chimiques par voie directe et pré-activation minimale s’impose comme une stratégie de synthèse très attrayante. Ainsi, il est envisageable de préparer de manière rapide et efficace des supports complexes menant à des molécules complexes, qui pourraient être utiles dans divers domaines de la chimie. L'objectif principal de la présente thèse vise la fonctionnalisation directe des arènes hétérocycliques et non hétérocycliques et, plus précisément, les techniques d’arylation. Dans un premier temps, nous allons aborder le thème de l’arylation directe tout en mettant l’accent sur les pyridines (Chapitre 1). Ces molécules sont à la base d'une multitude de composés biologiquement actifs et jouent un rôle important dans le domaine des sciences des matériaux, de l’agrochimie et de la synthèse des produits naturels. Dans un deuxième temps, nous discuterons de nos travaux sur l’arylation directe catalysé par un complex de palladium sur des ylures de N-iminopyridinium en soulignant la dérivatisation du sel de pyridinium après une phénylation sp2 (Chapitre 2). L’étude de ce procédé nous a permis de mettre en lumière plusieurs découvertes importantes, que nous expliquerons en détails une à une : l’arylation benzylique directe lorsque des ylures N-iminopyridinium substituées avec un groupement alkyl à la position 2 sont utilisés comme partenaires dans la réaction; les allylations Tsuji-Trost catalysée par un complex de palladium; et l’alkylation directe et sans métal via une catalyse par transfert de phase. Plusieurs défis restent à relever pour le développement de procédés directs utilisant des métaux de transition peu coûteux, d’autant plus que la synthèse par transformation directe des pyridines 2-alcényles, lesquelles sont pertinentes sur le plan pharmacologique, n’a pas encore été rapportée à ce jour. Avec cette problématique en tête, nous avons réussi à mettre au point une alcénylation directe catalysé par un complex de cuivre sur des ylures de N-iminopyridinium. Nous discuterons également d’une nouvelle méthode pour la préparation des iodures de vinyle utilisés dans les couplages. Ces réactions sont non seulement remarquablement chimiosélectives, mais sont aussi applicables à plusieurs substrats (Chapitre 3). En optimisant ce procédé direct, nous avons découvert une façon unique de synthétiser les pyrazolo[1,5-a]pyridines 2-substituées (Chapitre 4). Le mécanisme global met en jeu une séquence tandem de fonctionnalisation-cyclisation directe et un procédé direct en cascade, qui n’avais jamais été rapporté. Cela simplifie ansi la synthèse autrement compliquée de ces substrats en y apportant une solution à un problème de longue date. Dans les deux derniers chapitres, nous examinerons en détail les techniques d’arylation directe qui n'impliquent pas les partenaires de couplage hétérocycliques. Entre autres, au Chapitre 5, nous soulignerons notre découverte d’un umpolung dirigé et catalysé par un complexe de palladium du benzène et de quelques autres dérivés arènes. Il s’agit là du premier cas de fonctionnalisation directe dans laquelle le groupe directeur se trouve sur le partenaire halogène et il s’ajoute à la courte liste d’exemples connus dans la littérature rapportant une arylation directe du benzène. Finalement, au Chapitre 6, nous passerons en revue une nouvelle arylation directe catalysée au fer, qui se veut un procédé peu coûteux, durable et présentant une économie d’atomes. Nous discutons des substrats possibles ainsi des études mécanistiques réalisés.

Monohalogénocyclopropanations stéréosélectives à l'aide de carbénoïdes de zinc, couplages croisés de cyclopropylsilanols, cyclisations d'iodures d'alkyle catalysées par le nickel

Les cyclopropanes sont des unités qui sont très importantes en raison de leur présence dans de nombreux produits naturels, dans certaines molécules synthétiques ayant une activité biologique, ainsi que dans plusieurs intermédiaires synthétiques. Les travaux décrits dans cet ouvrage portent sur l’halogénocyclopropanation stéréosélective d’alcools allyliques en présence d’un ligand chiral stœchiométrique de type dioxaborolane et de carbénoïdes de zinc substitués dérivés de composés organozinciques et d’haloformes. Nous avons ainsi développé des conditions pour l’iodo-, la chloro- et la fluorocyclopropanation stéréosélective. Une étude mécanistique portant sur la nature des carbénoïdes alpha-chlorés et alpha-bromés a révélé qu’il y a un échange des halogènes portés par ces carbénoïdes. Lors de la chlorocyclopropanation, le carbénoïde le plus réactif (alpha-chloré) réagit de façon prédominante en vertu du principe de Curtin-Hammet. Les iodocyclopropanes énantioenrichis ont pu être fonctionnalisés via une réaction d’échange lithium-iode suivie du traitement avec des électrophiles, ou via une réaction de transmétallation au zinc suivie d’un couplage de Negishi. Ainsi, toute une gamme de cyclopropanes 1,2,3-substitués énantioenrichis a pu être synthétisée. Dans l’optique de développer de nouvelles méthodologies de fonctionnalisation des cyclopropanes, nous nous sommes par la suite tournés vers le couplage croisé de type Hiyama-Denmark des cyclopropylsilanols. Dans cette voie synthétique, le groupement silanol a deux fonctions : il sert de groupement proximal basique lors de la cyclopropanation de Simmons-Smith et il subit la transmétallation au cours du couplage croisé. Dans l’étape du couplage croisé, la nature des ligands liés à l’atome de silicium s’est avérée cruciale au bon déroulement de la réaction. Ainsi, l’échange de ligands avec le diéthyl éthérate de trifluoroborane générant le cyclopropyltrifluorosilane in situ est requis pour obtenir de bons rendements. Le dernier volet de cet ouvrage porte sur la cyclisation d’iodures d’alkyle par substitution aromatique par voie homolytique catalysée par le nickel. Une série de composés de type tétrahydronaphtalène et thiochromane ont été préparés selon cette méthode. Une étude mécanistique a confirmé la nature radicalaire de cette réaction et suggère fortement l’action catalytique du nickel. De plus, des études de spectrométrie RMN DOSY ont montré une association entre le complexe de nickel et le substrat ainsi que la base employés dans cette réaction.

Synthèse stéréosélective de pipéridines et activation électrophile chimiosélective d’amides en présence de dérivés de la pyridine

L’importance des produits naturels dans le développement de nouveaux médicaments est indéniable. Malheureusement, l’isolation et la purification de ces produits de leurs sources naturelles procure normalement de très faibles quantités de molécules biologiquement actives. Ce problème a grandement limité l’accès à des études biologiques approfondies et/ou à une distribution sur une grande échelle du composé actif. Par exemple, la famille des pipéridines contient plusieurs composés bioactifs isolés de sources naturelles en très faible quantité (de l’ordre du milligramme). Pour pallier à ce problème, nous avons développé trois nouvelles approches synthétiques divergentes vers des pipéridines polysubstituées contenant une séquence d’activation/désaromatisation d’un sel de pyridinium chiral et énantioenrichi. La première approche vise la synthèse de pipéridines 2,5-disubstituées par l’utilisation d’une réaction d’arylation intermoléculaire sur des 1,2,3,4-tétrahydropyridines 2-substituées. Nous avons ensuite développé une méthode de synthèse d’indolizidines et de quinolizidines par l’utilisation d’amides secondaires. Cette deuxième approche permet ainsi la synthèse formelle d’alcaloïdes non-naturels à la suite d’une addition/cyclisation diastéréosélective et régiosélective sur un intermédiaire pyridinium commun. Finalement, nous avons développé une nouvelle approche pour la synthèse de pipéridines 2,6-disubstituées par l’utilisation d’une réaction de lithiation dirigée suivie d’un couplage croisé de Negishi ou d’un parachèvement avec un réactif électrophile. Le développement de transformations chimiosélectives et versatiles est un enjeu crucial et actuel pour les chimistes organiciens. Nous avons émis l’hypothèse qu’il serait possible d’appliquer le concept de chimiosélectivité à la fonctionnalisation d’amides, un des groupements le plus souvent rencontrés dans la structure des molécules naturelles. Dans le cadre précis de cette thèse, des transformations chimiosélectives ont été réalisées sur des amides secondaires fonctionnalisés. La méthode repose sur l’activation de la fonction carbonyle par l’anhydride triflique en présence d’une base faible. Dans un premier temps, l’amide ainsi activé a été réduit sélectivement en fonction imine, aldéhyde ou amine en présence d’hydrures peu nucléophiles. Alternativement, un nucléophile carboné a été employé afin de permettre la synthèse de cétones ou des cétimines. D’autre part, en combinant un amide et un dérivé de pyridine, une réaction de cyclisation/déshydratation permet d’obtenir les d’imidazo[1,5-a]pyridines polysubstituées. De plus, nous avons brièvement appliqué ces conditions d’activation au réarrangement interrompu de type Beckmann sur des cétoximes. Une nouvelle voie synthétique pour la synthèse d’iodures d’alcyne a finalement été développée en utilisant une réaction d’homologation/élimination en un seul pot à partir de bromures benzyliques et allyliques commercialement disponibles. La présente méthode se distincte des autres méthodes disponibles dans la littérature par la simplicité des procédures réactionnelles qui ont été optimisées afin d’être applicable sur grande échelle.