Stereoselective synthesis of 5-substituted pyrrolo[1,2-c]imidazol-3-ones. Access to aldosterone synthase inhibitors and chiral precatalysts

Compounds containing the pyrrolidine moiety are key substructures of compounds with biological activity and organocatalysts. In particular, annulated chiral pyrrolidines with alpha stereogenic centers have aldostereone synthase inhibition activity. In addition, 5-substituted pyrroloimidazol(in)ium salts precursors to N-heterocyclic carbene (NHC) precatalysts are rare due to a lack of convenient synthetic routes to access them. In this thesis is described a rapid synthesis of NHC precursors and a possible route to 5-substituted pyrroloimidazole biologically active compounds. The method involves the preparation of chiral saturated and achiral unsaturated pyrrolo[I,2- c]imidazol-3-ones from N-Cbz-protected t-Butyl proline carboxamide. The resulting starting materials may be used to prepare the target chiral annulated imidazol(in)ium products by a two-step sequence involving first stereoselective lithiation-substitution, followed by POCh induced salt formation.

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.

'To do justice and judgement' : the place of passion in public life

Please consult the paper edition of this thesis to read. It is available on the 5th Floor of the Library at Call Number: Z 9999 P65 F47 2003

Diastereoselective Synthesis of Planar Chiral N-Substituted Ferrocenes Derived from Epimeric Imidazolones and their Application to Asymmetric Hydrogenation of Quinolines

This thesis describes the synthesis and use of an N-substituted ferrocene bearing a proline-derived chiral directing group and diastereoselective lithiation-electrophile quench of the pro-Sp hydrogen of the ferrocene to give planar chiral products in >95:5 dr. The auxiliary group is found to be stable to lithium bases of types RLi and R2NLi giving the same diastereoselectivity. The anti- epimer of the previously mentioned syn auxiliary induces lithiation of pro Rp rather than pro Sp hydrogen in >95:5 dr. Upon electrophile quench and elimination, the enantiomer of the syn-derived planar chiral imidazolone is obtained. Hence, this method provides a practical way to prepare planar chiral enantiomers in this series without the use of a more expensive D-proline derived starting material. The syn and anti epimers have β, γ-stereogenic centers and the origin of stereoselectivity in lithiation appears to be driven by the conformational bias exerted by the β-silyloxy moiety in each chiral auxiliary. In the thesis, this conclusion is supported using insensitivity of lithiation selectivity to the bulkiness of the base, comparison of enantiomers, deuteration experiments, nOe difference studies and computational modeling of the ground states and lithiation transition states for both substrates. The products are then converted to ligand precursors to make iridium and rhodium complexes. Among them, one of the cationic iridium complex is found to be effective in the asymmetric hydrogenation of 2-substituted quinolines with enantioselectivities up to 80% at pressures as low as 5 atm.

Synthesis, properties and characterization of N-Alkyl substituted b-Diketiminato copper(I) Complexes

Le ligand nacnacxylH (xyl = C6Me2H3) et les ligands dikétimines N-alkyle substitués (nacnacCH(Me)PhH, nacnacBnH and nacnaciPrH) ont été préparés avec de bons rendements à l’exception du nacnaciPrH (23%) en utilisant un protocole en une étape et à l’aide d’un montage Dean-Stark. La réaction du S,S-nacnacCH(Me)PhH et du nacnacBnH avec le nBuLi dans le THF conduit au S,S-nacnacCH(Me)PhLi(THF) et au nacnacBnLi(THF). Les tentatives de bromation de ces composés par le N-bromosuccinimide conduisent plutôt aux ligands S,S-succnacnacCH(Me)PhH et succnacnacBnH (succ = succinimido) substitués par un groupement succinimido sur le carbone  La chloration par le N-chlorosuccinimide conduit au produit désiré, mais avec des impuretés. La réaction de ces ligands avec le CuOtBu (ou bien MesCu, où Mes = C6Me3H2, et une quantité catalytique de CuOtBu) en présence de bases de Lewis donne les (nacnacxylCu)2(-toluène), nacnacxylCuCNC6H3(Me)2, nacnacCH(Me)PhCuL (L = PPh3, PMe3, CNC6H3(Me)2, DMAP, lutidine, Py, MeCN), nacnacBnCuL (L = PPh3, CNC6H3(Me)2, styrène, trans-stilbene, phenylvinylether, acrylonitrile, diphenylacetylène), nacnaciPrCuL (L = PPh3, CNC6H3(Me)2, MeCN) et le succnacnacCH(Me)PhCuL (PPh3, CNC6H3(Me)2, pyridine). Tous ces complexes sont jaunes et sensibles à l’air et à l’humidité. En l’absence de fortes bases de Lewis, on n’observe pas de réaction entre les précurseurs de cuivre et les ligands N-alkyle substitués. Les études RMN des complexes dans le C6D6 ne présentent pas de complexe de toluène mais un mélange à l’équilibre du (nacnacxylCu)2(-C6D6) et nacnacxylCu(C6D6) dans une proportion de 2 pour 1. Alors que l’addition de plus de cinquante équivalents soit de THF, soit de toluène n’induit aucun changement des spectres RMN, l’addition de 2 équivalents de MeCN conduit instantanément au complexe nacnacxylCu(MeCN). De plus, le (nacnacxylylCu)2(-C6D6) ne se coordone ni ne réagit avec le N2O, même après avoir été chauffé à 60°C pendant treize jours. En présence de DPA (diphenylacétylène), la réaction du nacnacBnH avec le CuOtBu conduit au dimère ponté (nacnacBnCu)2(µ-DPA). L’addition d’un excès de DPA (10-12 équivalents) transforme le dimère ponté en complexe lié en position terminale nacnacBnCuDPA. Les nacnacRH (R = CH(Me)Ph et i-Pr) ne forment pas de complexe ni avec les oléfines ni avec le DPA. Une réactivité similaire a été observée avec les complexes de nacnacCH(Me)PhCu(NCMe) et nacnaci-PrCu(NCMe). Tandis que le complexe lié en position terminale par MeCN a été isolé et caractérisé, l’équilibre en solution nous laisse suspecter la formation d’un complexe d’acétonitrile ponté. Des études de réactivité comparatives ont été menées sur quelques complexes de cuivre. La Morpholine ne réagit pas avec le nacnacBnCu(acrylonitrile) contrairement à l’acrylonitrile libre. L’expérience de l’échange d’oléfine montre que l’acrylonitrile (une oléfine électro-attractrice) se lie plus fortement que les autres oléfines, mettant ainsi en évidence l’importance de la rétrodonation  face à la donation La rétrodonation est cependant faible comparée aux autres complexes de styrène structurellement caractérisés. Les complexes nacnacCH(Me)PhCuL (L = PPh3 et MeCN) ont été employés dans la cyclopropanation catalytique du styrène et dans l’addition conjuguée du ZnEt2 sur la 2-cyclohexénone, mais les résultats indiquent que le ligand dikétimine est éliminé avant son entrée dans le cycle catalytique. Par conséquent, il n’y a pas d’induction chirale. Les complexes tétra coordinées de cuivre avec les nacnacRCu(phen) (R = Bn, CH(Me)Ph et Phen = 1,10-phenanthroline, 2-Mes-1,10-phenanthroline, 2,9-dimethyl-1,10-phenanthroline (dmp) et 2,9-diphenyl-1,10-phenanthroline (dpp)) ont été synthétisés. Ces complexes sont d’une intense couleur bleue et des interactions d’empilement entre l’un des cycles phényle des ligands nacnac et la phénanthroline ont été observées dans les structures à l’état solide. Les mesures en absorption UV-visible ont été effectuées dans le toluène et les bandes MLCT sont déplacées vers le rouge par rapport à celles des complexes de cuivre et bisphénanthroline. Tous ces composés émettent à l’état solide mais les complexes 1,10-phenanthroline et 2-Mes-1,10-phenanthroline n’émettent pas en solution. Pour renforcer les interactions d’empilement , les nouveaux ligands nacnacRH (R = CH2C6H2(OMe)3, CH2C6F5) et leurs complexes de cuivre respectifs ont été préparés avec du dmp et dpp. Afin de permettre la comparaison, le nacnaciBuCu(dmp) a été synthétisé. Alors que les complexes dmp montrent une augmentation des interactions intramoléculaires - avec les substituants phényle du ligand dikétimine et de la phénanthroline, les complexes dpp ne révèlent pas de telles interactions. Les complexes perfluorés montrent, en absorption et en émission, un déplacement significatif vers le bleu, alors que les complexes substitués par un groupements isobutyle présentent des transitions déplacées vers le rouge. Alors que les intensités de luminescence et les durées de vie sont faibles, les déplacements réduits de Stokes et les pics étroits de luminescence comparables indiquent une réduction des distorsions de l’état excité.

Enantiopure 3-substituted piperidines via an aziridinium ion ring expansion

Ce mémoire décrit le développement d’une nouvelle méthodologie d’expansion de cycle irréversible à partir de N-alkyl-3,4-déhydroprolinols pour former des N-alkyl tétrahydropyridines 3-substituées en passant par un intermédiaire aziridinium bicyclique. Cette méthode permet l’introduction d’un vaste éventail de substituants à la position 3 et tolère bien la présence de groupements aux positions 2 et 6, donnant accès à des pipéridines mono-, di- ou trisubstituées avec un excellent diastéréocontrôle. De plus, il est démontré que l’information stéréogénique du 3,4-déhydroprolinol de départ est totalement transférée vers le produit tétrahydropyridine. Additionnellement, une méthodologie fut dévelopée pour la préparation des produits de départ 3,4-déhydroprolinols en forme énantiopure, avec ou sans substituants aux positions 2 et 5, avec un très bon stéréocontrôle. Le premier chapitre présente un résumé de la littérature sur le sujet, incluant un bref survol des méthodes existantes pour la synthèse de pipéridines 3-substituées, ainsi qu’une vue d’ensemble de la chimie des aziridiniums. L’hypothèse originale ainsi que le raisonnement pour l’entreprise de ce projet y sont également inclus. Le second chapitre traite de la synthèse des N-alkyl-3,4-déhydroprolinols utilisés comme produits de départ pour l’expansion de cycle vers les tétrahydropyridines 3-substituées, incluant deux routes synthétiques différentes pour leur formation. Le premier chemin synthétique utilise la L-trans-4-hydroxyproline comme produit de départ, tandis que le deuxième est basé sur une modification de la réaction de Petasis-Mannich suivie par une métathèse de fermeture de cycle, facilitant l’accès aux précurseurs pour l’expansion de cycle. Le troisième chapitre présente une preuve de concept de la viabilité du projet ainsi que l’optimisation des conditions réactionnelles pour l’expansion de cycle. De plus, il y est démontré que l’information stéréogénique des produits de départs est transférée vers les produits. iv Au quatrième chapitre, l’étendue des composés pouvant être synthétisés par cette méthodologie est présentée, ainsi qu’une hypothèse mécanistique expliquant les stéréochimies relatives observées. Une synthèse énantiosélective efficace et divergente de tétrahydropyridines 2,3-disubstituées est également documentée, où les deux substituants furent introduits à partir d’un intermédiaire commun en 3 étapes.

Synthesis of 2-Substituted-Pyrazolo[1,5-a]pyridines from N-Iminopyridinium Ylides

Cette thèse décrit le développement et la méthodologie pour la synthèse de 2-pyrazolo[1,5-a]pyridines à partir d’ylures de N-iminopyridinium et d’halogénures de styryle. Des dérivés de chaque ylure de N-iminopyridinium et d’halogénures de styryle ont été utilisés pour la synthèse de plusieurs composés avec un intérêt pharmaceutique. Le premier chapitre présente les précédents littéraires pour la synthèse de pyrazolopyridines. Spécifiquement trois types différents de synthèse seront présentés en détail. L’importance biologique de ces composés sera discutée. La vue d’ensemble des travaux développés dans notre groupe de recherche pour la synthèse des produits de départ sera présentée brièvement. Finalement, la science intéressante qui a apporté cette idée de recherche sera révélée. Le deuxième chapitre décrit les résultats des optimisations étudiées pour la synthèse des 2-phénylpyrazolo[1,5-a]pyridines à partir d’ylures de N-benzoyl-iminopyridinium et d’iodure de styryle. Chaque substrat de la réaction a été étudié individuellement afin d’être optimisé; les ratios, les solvants, la température du milieu réactionnel et le temps optimal de la réaction ont aussi été explorés. Le troisième chapitre présente l’étendue de la synthèse des pyrazolopyridines. L’étendue de la réaction inclut les dérivés des halogénures de styryle. L’étendue de la réaction a été élargie aux dérivés d’ylures de N-iminopyridinium et ils incluent des groupements donneurs d’électrons ainsi que des groupements pauvres en électrons. Des groupements exotiques d’iodure et de bromure de vinyle ont aussi été explorés. Le quatrième chapitre démontre les études mécanistiques que l’on a faites pour mieux comprendre les cycles catalytiques qui ont lieu durant la réaction. Des études de cyclisation avec les ylures de N-iminopyridinium ont été explorées pour les produits de départ suivants : iodure de styryle et phényl acetylène.

Copper(II) complexes of N(4)-substituted thiosemicarbazones derived from pyridine-2-carbaldehyde: Crystal structure of a binuclear complex

Ten copper(II) complexes {[CuL1Cl] (1), [CuL1NO3]2 (2), [CuL1N3]2 · 2/3H2O (3), [CuL1]2(ClO4)2 · 2H2O (4), [CuL2Cl]2 (5), [CuL2N3] (6), [Cu(HL2)SO4]2 · 4H2O (7), [Cu(HL2)2] (ClO4)2 · 1/2EtOH (8), [CuL3Cl]2 (9), [CuL3NCS] · 1/2H2O (10)} of three NNS donor thiosemicarbazone ligands {pyridine-2-carbaldehyde-N(4)-p-methoxyphenyl thiosemicarbazone [HL1], pyridine-2-carbaldehyde-N(4)-2-phenethyl thiosemicarbazone [HL2] and pyridine-2-carbaldehyde N(4)-(methyl), N(4)-(phenyl) thiosemicarbazone [HL3]} were synthesized and physico-chemically characterized. The crystal structure of compound 9 has been determined by X-ray diffraction studies and is found that the dimer consists of two square pyramidal Cu(II) centers linked by two chlorine atoms.

Structural and spectral studies of novel Co(III) complexes of N(4)-substituted thiosemicarbazones derived from pyridine-2-carbaldehyde

Seven bis(ligand) Co(III) complexes {[CoL21] NO3 · H2 O (1), [CoL21] Cl · 2 H2 O (2),[CoL21] ClO4 (3), [CoL22] NO3 (4), [CoL22] Cl · 2 H2 O (5), [CoL23] Br · 2 H2 O (6), [CoL23] ClO4 · H2 O (7)} of three thiosemicarbazone ligands {pyridine-2-carbaldehyde-N(4)-p-methoxyphenyl thiosemicarbazone [HL1], pyridine-2-carbaldehyde-N(4)-2-phenylethyl thiosemicarbazone [HL2] and pyridine-2-carbaldehyde-N(4)-(methyl),N(4)-(phenyl) thiosemicarbazone [HL3]} were synthesized and physico-chemically characterized. All complexes are assigned octahedral geometries on the basis of spectral studies. The ligands deprotonate and coordinate by means of pyridine nitrogen, azomethine nitrogen, and thiolate sulfur atoms. The single crystal X-ray structures of HL3 and two nitrate compounds are discussed. The structural studies corroborate the spectral characterization.

Spectral and structural studies of mono- and binuclear copper(II) complexes of salicylaldehyde N(4)-substituted thiosemicarbazones

Three copper(II) complexes of salicylaldehyde N(4)-phenyl thiosemicarbazone (H2L1) and two copper(II) complexes of N(4)-cyclohexyl thiosemicarbazone (H2L2) have been synthesized and characterized by different physicochemical techniques like magnetic studies and electronic, infrared and EPR spectral studies. The complexes View the MathML source and [(CuL2)2] (4) having dimeric structure. The thiosemicarbazones bind to the metal as dianionic ONS donor ligand in all the complexes, except in the complex [Cu(HL1)2] · H2O (2). In complex 2, the ligand moieties are coordinated as monoanionic (HL−) ones. Two of the complexes [CuL1dmbipy] · H2O (3) and [CuL2dmbipy] (5) have been found to possess the stoichiometry [CuLB], where B = 4,4′-dimethyl-2,2′-bipyridine (dmbipy). The coordination geometry around copper(II) in 5 is trigonal bipyramidal distorted square based pyramidal (TBDSBP), as obtained by X-ray diffraction studies.

Structural and biological investigations of metal complexes of some substituted thiosemicarbazones

Department of Applied Chemistry, Cochin University of Science and Technology

Spectral studies and crystal structures of some transition metal complexes of N4-substituted semicarbazones

The present work is concentrated on the studies of two novel semicarbazones, di-2-pyridyl ketone-N4-phenyl-3-semicarbazone (HL1) and quinoline-2-carboxaldehyde-N4-phenyl-3-semicarbazone (HL2). The compositions of these semicarbazones were determined by the CHN analyses. For the characterization of these compounds we have used IR, UV and NMR spectral studies. The molecular structure of quinoline-2-carboxaldehyde-N4-phenyl-3- semicarbazone (HL2) was obtained by single crystal X-ray diffraction studies. Also, we have synthesized Zn(II), Cd(II), Cu(II), Ni(II), Co(II) and Mn(II) complexes of these semicarbazones, HL1 and HL2. These complexes were characterized by various spectroscopic techniques, magnetic and conductivity studies. We could isolate single crystals of some Zn(II) and Cd(II) compounds suitable for X-ray diffraction studies. For other complexes we could not isolate single crystals of good quality for single crystal X-ray diffraction studies.

Magnetic field-induced cluster formation and variation of magneto-optical signals in zinc-substituted ferrofluids

Fine magnetic particles (size≅100 Å) belonging to the series ZnxFe1−xFe2O4 were synthesized by cold co-precipitation methods and their structural properties were evaluated using X-ray diffraction. Magnetization studies have been carried out using vibrating sample magnetometry (VSM) showing near-zero loss loop characteristics. Ferrofluids were then prepared employing these fine magnetic powders using oleic acid as surfactant and kerosene as carrier liquid by modifying the usually reported synthesis technique in order to induce anisotropy and enhance the magneto-optical signals. Liquid thin films of these fluids were prepared and field-induced laser transmission through these films was studied. The transmitted light intensity decreases at the centre with applied magnetic field in a linear fashion when subjected to low magnetic fields and saturate at higher fields. This is in accordance with the saturation in cluster formation. The pattern exhibited by these films in the presence of different magnetic fields was observed with the help of a CCD camera and was recorded photographically.

Transition metal complexes of some bis(thiosemicarbazones) derived from 2,6-diacetylpyridine and N4-substituted thiosemicarbazides:Synthesis, spectral and structural studies

Coordination chemistry of pentadentate 2,6-diacetylpyridine bis(thiosemicarbazone) Schiff base ligands has been intensively studied due to the versatility of the molecular chain in order to obtain very different geometries as well as their broad therapeutic activity. Metal complexes of thiosemicarbazone with aldehydes and ketones have been widely reported. But there have been fewer reports on potential pentadentate bis(thiosemicarbazones) formed from 2,6-diacetylpyridine. Keeping these in view, we have synthesized four bis(thiosemicarbazone) systems with 2,6-diacetylpyridine. In the present work, the chelating behavior of bis(thiosemicarbazones) are studied, with the aim of investigating the influence of coordination exerts on their conformation and or configuration, in connection with the nature of the metal and of the counter ion. The selection of the 2,6-diacetylpyridine as the ketonic part was based on its capability to form polynuclear complexes with different coordination number. The doubled armed bis(thiosemicarbazones) can coordinate to a metal centre as dianionic ligand by losing its amide protons or it can coordinate as monoanionic ligand by losing its amide proton from one of the thiosemicarbazone moiety or it can also be coordinate as neutral ligand. Hence it is interesting to explore the coordinating capabilities of these ligands whether in neutral form or anionic form and to study the structural variations occurring in the ligands during complexation such as change in conformation.

Structural Characterization and Non-linear Optical Properties of Metal Complexes of Some Donor-Acceptor Substituted N-salicylidene-N' -aroylhydrazine Ligands

The present work deals with the complexation of Schiff bases of aroylhydrazines with various transition metal ions. The hydrazone systems selected for study have long 7I:-delocalized chain in the ligand molecule itself, which get intensified due to metal-to-ligand or ligand-to-metal charge transfer excitations upon coordination. Complexation with metal ions like copper, nickel, cobalt, manganese, iron, zinc and cadmium are tried. Various spectral techniques are employed for characterization. The structures of some complexes have been well established by single crystal X-ray diffraction studies. The nonIinaer optical studies of the ligands and complexes synthesized have been studied by hyper-Rayleigh scattering technique.The work is presented in seven chapters and the last one deals with summary and conclusion. One of the hydrazone system selected for study proved that it could give rise to polymeric metal complexes. Some of the copper, nickel, zinc and cadmium complexes showed non-linear optical activity. The NLO studies of manganese and iron showed negative result, may be due to the inversion centre of symmetry within the molecular lattice.