Microwave-Assisted Preparation of Hydrogel-Forming Microneedle Arrays for Transdermal Drug Delivery Applications

A microwave (MW)-assisted crosslinking process to prepare hydrogel-forming microneedle (MN) arrays was evaluated. Conventionally, such MN arrays are prepared using processes that includes a thermal crosslinking step. Polymeric MN arrays were prepared using poly(methyl vinyl ether-alt-maleic acid) crosslinked by reaction with poly(ethylene glycol) over 24 h at 80 °C. Polymeric MN arrays were prepared to compare conventional process with the novel MW-assisted crosslinking method. Infrared spectroscopy was used to evaluate the crosslinking degree, evaluating the area of the carbonyl peaks (2000–1500 cm−1). It was shown that, by using the MW-assisted process, MN with a similar crosslinking degree to those prepared conventionally can be obtained in only 45 min. The effects of the crosslinking process on the properties of these materials were also evaluated. For this purpose swelling kinetics, mechanical characterisation, and insertion studies were performed. The results suggest that MN arrays prepared using the MW assisted process had equivalent properties to those prepared conventionally but can be produced 30 times faster. Finally, an in vitro caffeine permeation across excised porcine skin was performed using conventional and MW-prepared MN arrays. The release profiles obtained can be considered equivalent, delivering in both cases 3000–3500 μg of caffeine after 24 h.

Design of a Dissolving Microneedle Platform for Transdermal Delivery of a Fixed-Dose Combination of Cardiovascular Drugs

Microneedles (MNs) are a minimally invasive drug delivery platform, designed to enhance transdermal drug delivery by breaching the stratum corneum. For the first time, this study describes the simultaneous delivery of a combination of three drugs using a dissolving polymeric MN system. In the present study, aspirin, lisinopril dihydrate, and atorvastatin calcium trihydrate were used as exemplar cardiovascular drugs and formulated into MN arrays using two biocompatible polymers, poly(vinylpyrrollidone) and poly(methylvinylether/maleic acid). Following fabrication, dissolution, mechanical testing, and determination of drug recovery from the MN arrays, in vitro drug delivery studies were undertaken, followed by HPLC analysis. All three drugs were successfully delivered in vitro across neonatal porcine skin, with similar permeation profiles achieved from both polymer formulations. An average of 126.3 ± 18.1 μg of atorvastatin calcium trihydrate was delivered, notably lower than the 687.9 ± 101.3 μg of lisinopril and 3924 ± 1011 μg of aspirin, because of the hydrophobic nature of the atorvastatin molecule and hence poor dissolution from the array. Polymer deposition into the skin may be an issue with repeat application of such a MN array, hence future work will consider more appropriate MN systems for continuous use, alongside tailoring delivery to less hydrophilic compounds.

Laser-engineered dissolving microneedle arrays for protein delivery: potential for enhanced intradermal vaccination

OBJECTIVES: We aimed to highlight the utility of novel dissolving microneedle (MN)-based delivery systems for enhanced transdermal protein delivery. Vaccination remains the most accepted and effective approach in offering protection from infectious diseases. In recent years, much interest has focused on the possibility of using minimally invasive MN technologies to replace conventional hypodermic vaccine injections.

METHODS: The focus of this study was exploitation of dissolving MN array devices fabricated from 20% w/w poly(methyl vinyl ether/maleic acid) using a micromoulding technique, for the facilitated delivery of a model antigen, ovalbumin (OVA).

KEY FINDINGS: A series of in-vitro and in-vivo experiments were designed to demonstrate that MN arrays loaded with OVA penetrated the stratum corneum and delivered their payload systemically. The latter was evidenced by the activation of both humoral and cellular inflammatory responses in mice, indicated by the production of immunoglobulins (IgG, IgG1, IgG2a) and inflammatory cytokines, specifically interferon-gamma and interleukin-4. Importantly, the structural integrity of the OVA following incorporation into the MN arrays was maintained.

CONCLUSION: While enhanced manufacturing strategies are required to improve delivery efficiency and reduce waste, dissolving MN are a promising candidate for 'reduced-risk' vaccination and protein delivery strategies.

Design and physicochemical characterisation of novel dissolving polymeric microneedle arrays for transdermal delivery of high dose, low molecular weight drugs

We describe formulation and evaluation of novel dissolving polymeric microneedle (MN) arrays for the facilitated delivery of low molecular weight, high dose drugs. Ibuprofen sodium was used as the model here and was successfully formulated at approximately 50% w/w in the dry state using the copolymer poly(methylvinylether/maleic acid). These MNs were robust and effectively penetrated skin in vitro, dissolving rapidly to deliver the incorporated drug. The delivery of 1.5mg ibuprofen sodium, the theoretical mass of ibuprofen sodium contained within the dry MN alone, was vastly exceeded, indicating extensive delivery of the drug loaded into the baseplates. Indeed in in vitro transdermal delivery studies, approximately 33mg (90%) of the drug initially loaded into the arrays was delivered over 24h. Iontophoresis produced no meaningful increase in delivery. Biocompatibility studies and in vivo rat skin tolerance experiments raised no concerns. The blood plasma ibuprofen sodium concentrations achieved in rats (263μgml(-1) at the 24h time point) were approximately 20 times greater than the human therapeutic plasma level. By simplistic extrapolation of average weights from rats to humans, a MN patch design of no greater than 10cm(2) could cautiously be estimated to deliver therapeutically-relevant concentrations of ibuprofen sodium in humans. This work, therefore, represents a significant progression in exploitation of MN for successful transdermal delivery of a much wider range of drugs.

Evolução da qualidade de cebola armazenada, variedades "Pandero" e "Legend", em função da temperatura e aplicação de hidrazida maleica

A cebola representa no Ribatejo um dos produtos hortícolas de maior peso na economia agrícola regional. Os mercados dos produtos agrícolas são caracterizados por uma oferta contínua ao longo dos doze meses do ano. Actualmente é possível, garantir o fornecimento de cebola num apreciável período de tempo; no entanto, torna-se necessário proceder à sua conservação como forma de garantia de escoamento e regularização do abastecimento ao mercado. O material experimental constou de bolbos das variedades “Pandero” e “Legend” provenientes das plantações dos associados da Agromais e aplicação de um anti-abrolhante (hidrazida maleica), para que se tenha cebola não espigada com 6 meses de armazenamento, mantendo um equilíbrio no mercado durante o ano inteiro. As cebolas foram armazenadas em oito combinações; dois grupos da variedade “Pandero” um tratado outro não com HM, conservados a 4º C. Outros dois grupos da mesma variedade um tratado outro não com HM, conservados a 2,5ºC, repetindo a mesma forma na variedade “Legend”, com uma humidade relativa cerca de 75% (recomendada na conservação da cebola). Foram observadas as seguintes variáveis: podridão; espigamento; defeitos menores; defeitos maiores; defeitos totais e perda de peso. As observações foram realizadas em períodos de 15 em 15 dias, com os seguintes dias de conservação; 0; 16; 30; 46 e 59. O objectivo deste trabalho foi perceber os efeitos da hidrazida maleica e diferentes temperaturas (4 e 2,5ºC) sobre os parâmetros fisiológicos dos bolbos de cebola armazenados. Verificou-se uma menor podridão na temperatura a 2,5ºC, a HM reduziu o espigamento na variedade “Pandero” à temperatura de 4ºC, já sem HM o espigamento foi maior na “Pandero” à temperatura de 4ºC; com o abaixamento da temperatura de 4 para 2,5ºC houve uma redução de 5% no espigamento; os defeitos totais não foram afectados pela temperatura,

Preparation of new materials by heterogeneous modification of cellulose

O presente trabalho teve como principal objectivo estudar a modificação química heterogénea controlada de fibras de celulose com diferentes reagentes de modo a alterar as suas propriedades de superfície, em especial em termos da criação de um carácter hidrofóbico e lipofóbico, preservando, sempre que possível, as suas propriedades mecânicas e, consequentemente, abrindo novas perspectivas de aplicação. O desenvolvimento do trabalho envolveu três abordagens principais, envolvendo, em cada caso, o estudo de diferentes condições reaccionais. Na primeira abordagem foram utilizados como reagentes de modificação compostos perfluorados, nomeadamente o anidrido trifluoroacético (TFAA), o cloreto de 2,3,4,5,6-pentafluorobenzoílo (PFBz) e o cloreto de 3,3,3- trifluoropropanoílo (TFP), para promover a acilação heterogénea da superfície das fibras. A segunda estratégia usada consistiu na preparação de híbridos de celulose do tipo orgânico-inorgânico classe-II, através da modificação das fibras de celulose com o (3-isocianatopropil)trietoxissilano (ICPTEOS), um reagente organossilano bifuncional. A ligação às fibras de celulose foi efectuada através das funções isocianato e, posteriormente, os grupos etoxissilano foram sujeitos a tratamentos de hidrólise ácida, como tal ou na presença de outros siloxanos, nomeadamente o tetraetoxissilano (TEOS) e o 1H,1H,2H,2Hperfluorodeciltrietoxissilano (PFDTEOS). Finalmente, a última abordagem foi baseada na modificação das fibras com triclorometilssilano (TCMS), através de uma reacção gás-sólido, que dispensou assim o uso de solventes orgânicos. A ocorrência de modificação química foi em cada caso confirmada por Espectroscopia de Infravermelho com Transformada de Fourier e Reflectância Total Atenuada (FTIR-ATR), Análise Elementar (EA) e determinação de ângulos de contacto. Adicionalmente, e dependendo de cada caso específico, diversas outras técnicas foram empregues na caracterização aprofundada dos materiais preparados, nomeadamente Ressonância Magnética Nuclear CPMAS no Estado Sólido (RMN), Espectroscopia de Difracção de Raios-X (XRD), Análise Termogravimétrica (TGA), Espectrometria de Massa de Iões Secundários com Análise de Tempo de Vôo (ToF-SIMS), Espectroscopia Fotoelectrónica de Raios-X (XPS) e Microscopia Electrónica de Varrimento (SEM). Relativamente à acilação das fibras de celulose com reagentes perfluorados, o sucesso da reacção foi comprovado por FTIR-ATR, EA, XPS e ToF-SIMS. Neste contexto, obtiveram-se fibras modificadas possuindo graus de substituição (DS) compreendidos entre 0.006 e 0.39. Verificou-se por XRD que, em geral, mesmo para os valores de DS mais elevados, a cristalinidade das fibras não foi afectada, indicando que a modificação foi limitada às camadas mais superficiais das mesmas ou a regiões amorfas das suas camadas mais internas. Adicionalmente, observou-se por ToF-SIMS que a distribuição dos grupos perfluorados à superfície das fibras foi, de facto, bastante heterogénea. Todos os derivados de celulose perfluorados apresentaram elevada hidrofobicidade e lipofobicidade, tendo-se atingido ângulos de contacto com água e diiodometano de 126º e 104º, respectivamente. Um aspecto interessante relativo a estes materiais é que a elevada omnifobicidade foi observada mesmo para valores de DS muito reduzidos, não se mostrando significativamente afectada pelo aumento dos mesmos. Em consonância, verificou-se por XPS que a cobertura da superfície das fibras de celulose com grupos perfluorados aumentou apenas ligeiramente com o aumento do DS, apontando para a esterificação de camadas mais internas das fibras, associada, neste caso, predominantemente aos seus domínios amorfos. No que diz respeito à estabilidade hidrolítica destes derivados, obtiveram-se dois tipos distintos de comportamento. Por um lado, as fibras de celulose trifluoroacetiladas são facilmente hidrolisáveis em meio neutro, e, por outro, as fibras pentafluorobenzoiladas e trifluoropropanoiladas mostram-se bastante resistentes face a condições de hidrólise em meio neutro e ácido (pH 4), podendo, contudo, ser facilmente hidrolisadas em meio alcalino (pH 9 e 12, para derivados do PFBz e do TFP, respectivamente). Na segunda abordagem verificou-se a ocorrência de reacção por FTIR-ATR e EA. Em geral, a modificação química com ICPTEOS ocorre predominantemente nas zonas mais superficiais das fibras de celulose ou em regiões amorfas. Contudo, em condições reaccionais mais severas (maior quantidade de reagente e tempo de reacção), esta atingiu também regiões cristalinas, afectando, consequentemente, a estrutura cristalina das fibras, como verificado por XRD. Por RMN de 29Si observou-se que após reacção com o ICPTEOS já existiam indícios de alguma hidrólise dos grupos etoxissilano, e que a sua subsequente condensação parcial tinha levado à formação de uma película inorgânica em redor das fibras (verificado por SEM), constituída maioritariamente por estruturas lineares, com uma contribuição mais modesta de estruturas “diméricas” e outras mais ramificadas. Consequentemente, este revestimento inorgânico transformou as fibras de celulose em materiais híbridos com elevada hidrofobicidade (ângulos de contacto com água entre 103-129º). A hidrólise ácida dos restantes grupos etoxissilano, como tal ou na presença de TEOS, originou híbridos de celulose com elevada hidrofilicidade, sendo impossível medirem-se os ângulos de contacto com água dos produtos finais, devido à presença maioritária de grupos silanol (Si-OH) e ligações Si-O-Si à superfície, os quais contribuíram para o consequente aumento de energia de superfície. No entanto, quando a hidrólise foi realizada na presença de PFDTEOS, obtiveram-se materiais híbridos com elevada hidrofobicidade e lipofobicidade (ângulos de contacto com água e diiodometano de 140º e 134º, respectivamente), devido à combinação da presença de grupos perfluorados e micro- e nano-rugosidades na superfície das fibras de celulose, conforme confirmado por SEM. Finalmente, a última abordagem permitiu preparar materiais derivados de celulose altamente hidrofóbicos e lipofóbicos (ângulos de contacto com água e diiodometano de 136º e 109º, respectivamente) por um processo simples, envolvendo tempos de tratamento tão curtos como 0.5 min. Este comportamento omnifóbico foi gerado pelo efeito sinergético entre a diminuição de energia de superfície das fibras, devido à presença de grupos metilo dos resíduos de TCMS ligados a estas, e a condensação dos resíduos de TCMS na forma de micro- e nano-partículas inorgânicas, que levou à criação de um revestimento rugoso à superfície das fibras, conforme observado por RMN de 29Si e SEM, respectivamente. A pré-humidificação das fibras de celulose demonstrou desempenhar um importante papel de “acelerador” dos processos de hidrólise e condensação das moléculas de TCMS. Nestas condições, o tempo de tratamento foi um dos parâmetros mais relevantes, pois para tempos de tratamento muito curtos (0.5 min) os materiais resultantes não apresentaram quaisquer diferenças a nível de propriedades físico-químicas em relação ao substrato de partida (a humidade em excesso consumiu todo o TCMS antes que este conseguisse reagir com os grupos hidroxilo das fibras de celulose), possuindo, por exemplo, valores de ângulos de contacto com água idênticos. Para tempos de tratamento mais longos, como 30 min, os materiais finais apresentaram a maior quantidade de componentes inorgânicos, tal como verificado por EA e TGA. Assim, o controlo da humidade das fibras é imperativo para se poder moldar as propriedades finais dos produtos. Esta última abordagem é particularmente promissora uma vez que tem como base um sistema simples e “verde” que pode ser facilmente implementado. Em conclusão, este trabalho permitiu demonstrar que a modificação química heterogénea controlada das fibras de celulose representa uma iniciativa promissora para a preparação de novos materiais obtidos a partir de recursos renováveis, com propriedades interessantes e passíveis de ser potencialmente aplicados em diferentes áreas. Para além do mais, as estratégias de modificação estudadas podem também ser precursoras de novos estudos que possam vir a ser desenvolvidos dentro do mesmo âmbito.

Síntese e reatividade de benzo-e pirroloporfirinas

O trabalho descrito nesta dissertação envolve estudos de funcionalização de uma pirrolo[3,4-b]porfirina através de reações do tipo cicloadição [4+2]. A metodologia de cicloadição usada permitiu sintetizar duas grandes famílias de compostos: benzoporfirinas e 1,3-dioxopirroloporfirinas. Este documento é composto por três partes distintas. Na primeira parte são tecidas considerações gerais sobre síntese, propriedades e aplicações de porfirinas. Na segunda parte é apresentado o trabalho desenvolvido no âmbito de síntese e reatividade de benzoporfirinas. Numa primeira fase é feita uma revisão bibliográfica sobre síntese de benzoporfirinas e ftalimidas, uma vez que o trabalho prático descrito apresenta compostos contendo estas duas unidades estruturais. Numa segunda fase é descrito o trabalho desenvolvido para a obtenção de uma benzoporfirina derivatizada com uma unidade de ácido ftálico fundida em posições β-pirrólicas, partindo da reação de Diels-Alder entre uma N-metilpirrolo[3,4- b]porfirina e o acetilenodicarboxilato de dimetilo e posterior hidrólise básica do diéster obtido. Seguem-se os estudos que visaram a obtenção de um anidrido porfirínico a partir do ácido ftálico anterior. Esta plataforma sintética foi usada para diversas transformações com diferentes aminas. Destas reações resultaram diferentes unidades benzoporfirínicas, que serão descritas em pormenor. Face às distintas cores apresentadas pelos diferentes compostos sintetizados, foi ainda feita uma análise pormenorizada dos espectros de UV-vis de alguns dos compostos obtidos. Na terceira parte, é apresentado o trabalho realizado no âmbito da síntese de uma 1,3-dioxopirroloporfirina, partindo da reação de Diels-Alder entre a N-metilpirrolo[ 3,4-b]porfirina e oxigénio singleto (1O2). Primeiramente é feita uma revisão bibliográfica sobre o papel do 1O2 em síntese orgânica e sobre reações de oxidação de isoindóis, compostos possuindo uma analogia estrutural com pirroloporfirinas. Segue-se a descrição da síntese de uma N-metil1,3- dioxopirroloporfirina, em que se começa por apresentar a descrição sistemática de todas as experiências levadas a cabo no sentido de otimizar o rendimento do composto em questão, tirando partido da reação com 1O2. Seguidamente expõemse as diferentes abordagens conduzidas para proceder à funcionalização da 1,3- dioxopirroloporfirina obtida. São apresentadas reações de hidrólise e reações com diferentes aminas. As reações com aminas conduziram à formação de porfirina- 2,3-dicarboxamidas e posteriormente às 1,3-dioxopirroloporfirinas correspondentes. Também neste caso foi feita uma análise pormenorizada dos espectros de UV-vis da marioria dos derivados obtidos. De forma a avaliar a potencialidade de alguns dos macrociclos sintetizados em terapia fotodinâmica (PDT), são apresentados os ensaios biológicos de PDT in vitro conduzidos com alguns dos macrociclos sintetizados. Estes ensaios envolveram a avaliação da viabilidade celular após tratamento fotodinâmico, estudos de localização celular e morfologia.

Unexpectedly easy formation of alpha-seleno-carbonyl compounds from vinyl selenides

Seleno-carbonyl compounds are formed on reaction of seleninic acid or anhydride with vinyl selenides and vinyl sulphides.

Some aspects of the chemistry of 1, 3, 4 - Thiadiazolium salts and related compounds

The work described in this thesis has been divided into seven sections. The first section involves the preparation of N'-acyl-N'-arylN- benzothiohydrazides by the acylation of N'-aryl-N-benzothiohydrazides and is followed by a brief discussion of their possible conformation in solution. The second section deals with the preparation of 1,3,4-thiadiazolium salts by the action of perchloric acid/acetic anhydride on N'-acylN'- aryl-N-benzothiohydrazides and also by the reaction of N'-arylN- benzothiohydrazides with nitriles in an acidic medium. The preparation of 2-methylthio-I,3,4-thiadiazolium methosulfate by methylating the corresponding thione is also described. The third section deals with the reaction of 2-phenyl- and 2-methyl-I,3,4-thiadiazolium salts with alcohols in the presence of base. The stability and spectra of these compounds are discussed. Treatment of the 2-methyl-I,3,4-thiadiazolium salt with base was found to give rise to a dimeric anhydrobase and evidence supporting its structure is given. The anhydrobase could be trapped by a variety of acylating and thioacylating agents before dimerization occurred. In the fourth section, the reaction of N'-acyl-N'-aryl-N-benzothiohydrazides with a variety of acid anhydrides is described. These compounds were found to be identical with those obtained by acylating the anhydrobase. The mass spectral fragmentation of these compounds is described and the anomolous product obtained upon thiobenzoylation of 3-methyl-l-phenyl-pyrazal-5-one is also discussed. The fifth section deals with thioacyl derivatives of the anhydrobase which were prepared by the action of phosphorus pentasulfide upon the oxygen analogues and also obtained as the major product of the reaction of thioacetic acid with compounds related to N'-aryl-N-benzothiohydrazides. The mass spectra and p.m.r. spectra of these compounds are discussed. In the sixth section, the reaction of the 2-methylthio-l,3,4- thiadiazolium salt with active methylene compounds to give acyl and diacyl derivatives of the anhydrobase is described. Some aspects of these compounds are discussed. The seventh section describes the synthesis of ncyanine~' type dyes incorporating the l,3,4-thiadiazole ring and their spectra are briefly discussed.

Synthesis and properties of some 4H-1, 3, 4 benzothiadiazines /|nby Darko J. Vukov. -- 260 St. Catharines, Ont. : [s. n.],

The work herein has been divided into five sections. In the first section, a new method of converting N-aroyl- hydrazines to hydrazidic halides is described. The second section deals with the products of reaction of hydrazidic halides with thioacetate ion in acetonitrile at room temperature. A number of new acetylthiohydrazides has been isolated together with corresponding hyclrazidic sulphides. Examination of x-ray data for bis-[~ -(2,6- dibromophenylhydrazono) - benZYl] sulphide revealpd the symmetrical structure as the most probable. In the third section, which consists of the three subsections, the synthesis of the 4H-l,3,4 benzothiadiazine ring system has been extended to 4H-l,3,4 benzothiadiazines with substituents in the 5 and 6-positions. Extension of synthesis also involves 4H-l,3,4 benzothiadiazines with mora than one substituent. Nuclear magnetic resonance spectra of 5 and 6 substituted 4H-l,3,4 benzothiadiazines have been ,. recorded. The section ends with a discussion of the mass spectra of some 4H-l.3,4 benzothiadiazines. In the fourth section, which is divided into two sub- -sections, preparation of 7-nitro substituted 4H-l,3,4 benzothiadiazine from N-thiobenzoyl hydrazine and2,4-dinitro -fluorobenzene is found to be satisfactory. Thiohydrazides react with acetic anhydride, in some cases, to give products identical with acetylthiohydrazides obtained from the hydrazidic halides with thioacetate ion at room temperature. In most of the cases thiohydrazides are found to give anomalous products on reaction with acetic anhydride and mechanisms for their formation are discussed. In the fifth section, which forms three subsections, the 4H-l,3,4 benzothiadiazine ring system with a halogen substituent in the 7-position undergoes electrophilic attack preferentially in 5-posi tion. \fuen the 5-posi tion is occupied by a halogen atom, electrophilic substitution occurs at the 7-position of 4H-l,3,4 benzothiadiazine ring system. Substitution at the 4-nitrogen atom in 4H w l,3,4 benzo- -thiadiazine is extremely slow, probably due to delocalisa- -tion of the nitrogen lone pair in the system. Oxidation of 4H-l,3,4 benzothiadiazines occurs at the sulphur atom under relatively mild conditions. t The Appendix deals with the reaction of N-benzoyl-N - -(2,5-dibromophenyl)hydrazine with p-nitrothiophenol~ The proposed p-nitrothiophenoxy - intermediate may undergo benzothiadiazine formation in a proton exchange system.

The chemistry of heterocyclic methine bases and of their acyl and thioacyl derivatives

The work described in this thesis has been dtvided into six sections . The first section involves the reaction of 3,5-diphenyl-2-methyl-l,3,4-oxadiazolium perchlorate with acetic and benzoic anhydrides. The second section deals with the preparation and reactions of 1,3,4-thia diazolium salts. Some monomeric 1,3,4-thiadiazoline methine bases have also been prepared by reacting 1,3,4-thia d iaz ol ium s al t s with concen trated ammonium hydroxide solution. Variable temperature p.m.r. of 2-(3-acetylacetonylidene)-3,5-diphenyl-A4 -1,3,4-thiadiazoline has also been described. The third section deals with prepar a tion and reactions of some compounds in benzoxazole series. The fourth section deals with the prep a ration and reactions of N-alkyl-2-methylbenzothi azolium salts with base , a nd with some a cetylating and thioacetylating agents. Treatment of 2,3-dimethylbenzothiazolium iodide and of 3-ethyl-2-methylbenzothia zolium iodide with base wa s found to give the corresponding dimeric methine b a ses and evidence supporting their structure is also given. Thiol acetic acid was found to exchange 0 for S in its reactions with 2-acetonylidene-3-methylbenzothiazoline and 2-acetophenonylidene-3-methylbenzothi a zoline. (ii) In th e fifth section, the r eactions of 2,3-dimethylbenzselenazolium iodide with a variety of ac e tylating and thioacetylating agents has been described. The treatment of 2,3-dimethylbenzselenazolium iodide with base was found to give rise to a dimeric methine base and evidence supporting its structure is also given. The reactions of this dimeric methine b a se with benzoic anhydride and phenylisothiocyanate have also been described. The sixth section deals with the preparation and reactions of l-alkyl-2-methylquinolinium salts. Treatment of 1,2-dimethylquinolinium iodide and l-ethyl-2-methylquinolinium iodide was found to give the corresponding monomeric methine bases and evidence supporting their structure is also given. The E-type geometry of the olefinic bond in 2-acetonylidene-l-methylquinoline has been established on the basis of an N.O.E. experiment.

(A) BODIPY as a versatile fluorophore (B) Synthesis of PNAs via Staudinger reaction

(A) In recent years, 4,4-difluoro-4-bora-3a,4a-diaza-s-indacene (BODIPY) fluorophores have attracted considerable interest due to their unique photochemical properties. However detailed studies on the stability of BODIPY and analogues under acidic and basic conditions have been lacking. Thus the stability of a series of BODIPY analogues in acidic (di- and trichloroacetic acid) and basic (aqueous ammonium hydroxide) conditions was investigated using 11B NMR spectroscopy. Among the analogues tested, 4,4-diphenyl BODIPY was the most stable under the conditions used in the experiments. It was found that reaction of 4,4-dimethoxy BODIPY with dichloroacetic acid gave mixed anhydride 4,4-bis(dichloroacetoxy) BODIPY in good yields. Treatment of the latter mixed anhydride with alcohols such as methanol and ethanol in the presence of a base afforded corresponding borate esters, whereas treatment with 1,2-diols such as ethylene glycol and catechol in the presence of a base gave corresponding cyclic borate esters. Furthermore treatment of 4,4-difluoro-8-methyl-BODIPY with secondary amines in dihalomethane resulted in carbon–carbon bond formation at the meso-methyl position of BODIPY via Mannich-type reactions. The resulting modified BODIPY fluorophores possess high fluorescent quantum yields. Five BODIPY analogues bearing potential ion-binding moieties were synthesized via this Mannich-type reaction. Among these, the BODIPY bearing an aza-18-crown-5 tether was found to be selective towards copper (II) ion, resulting in a large blue shift in absorption and sharp fluorescent quenching, whereas aza-15-crown-4 analogue was selected towards fluoride ion, leading to effective florescent quenching and blue shift. (B) Peptide nucleic acids (PNA), as mimics of natural nucleic acids, have been widely applied in molecular biology and biotechnology. Currently, the preparation of PNA oligomers is commonly achieved by a coupling reaction between carboxyl and amino groups in the presence of an activator. In this thesis attempts were made towards the synthesis of PNA through the Staudinger ligation reactions between C-terminal diphenylphosphinomethanethiol thioesters and N-terminal α-azido PNA building blocks.

Detection and quantification of staphylococcus aureus enterotoxin B in food product using isotopic dilution techniques and mass spectrometry

L’entérotoxine B staphylococcique (SEB) est une toxine entérique hautement résistante à la chaleur et est responsable de plus de 50 % des cas d’intoxication d’origine alimentaire par une entérotoxine. L’objectif principal de ce projet de maîtrise est de développer et valider une méthode basée sur des nouvelles stratégies analytiques permettant la détection et la quantification de SEB dans les matrices alimentaires. Une carte de peptides tryptiques a été produite et 3 peptides tryptiques spécifiques ont été sélectionnés pour servir de peptides témoins à partir des 9 fragments protéolytiques identifiés (couverture de 35 % de la séquence). L’anhydride acétique et la forme deutérée furent utilisés afin de synthétiser des peptides standards marqués avec un isotope léger et lourd. La combinaison de mélanges des deux isotopes à des concentrations molaires différentes fut utilisée afin d’établir la linéarité et les résultats ont démontré que les mesures faites par dilution isotopique combinée au CL-SM/SM respectaient les critères généralement reconnus d’épreuves biologiques avec des valeurs de pente près de 1, des valeurs de R2 supérieure à 0,98 et des coefficients de variation (CV%) inférieurs à 8 %. La précision et l’exactitude de la méthode ont été évaluées à l’aide d’échantillons d’homogénat de viande de poulet dans lesquels SEB a été introduite. SEB a été enrichie à 0,2, 1 et 2 pmol/g. Les résultats analytiques révèlent que la méthode procure une plage d’exactitude de 84,9 à 91,1 %. Dans l’ensemble, les résultats présentés dans ce mémoire démontrent que les méthodes protéomiques peuvent être utilisées efficacement pour détecter et quantifier SEB dans les matrices alimentaires. Mots clés : spectrométrie de masse; marquage isotopique; protéomique quantitative; entérotoxines

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.

Hydroxylation d’halogénures d’aryle utilisant la chimie en flux continu et développement d’une nouvelle méthodologie de synthèse de 3-aminoindazoles

L’attrait des compagnies pharmaceutiques pour des structures cycliques possédant des propriétés biologiques intéressantes par les compagnies pharmaceutiques a orienté les projets décrits dans ce mémoire. La synthèse rapide, efficace, verte et économique de ces structures suscite de plus en plus d’attention dans la littérature en raison des cibles biologiques visées qui deviennent de plus en plus complexes. Ce mémoire se divise en deux projets ciblant la synthèse de deux structures aromatiques importantes dans le monde de la chimie médicinale. Dans un premier temps, l’amélioration de la synthèse de dérivés phénoliques a été réalisée. L’apport de la chimie en flux continu dans le développement de voies synthétiques plus vertes et efficaces sera tout d’abord discuté. Ensuite, une revue des antécédents concernant l’hydroxylation d’halogénure d’aryle sera effectuée. Finalement, le développement d’une nouvelle approche rapide de synthèse des phénols utilisant la chimie en flux continu sera présenté, suivi d’un survol de ses avantages et ses limitations. Dans un deuxième temps, le développement d’une nouvelle méthodologie pour la formation de 3-aminoindazoles a été réalisé. Tout d’abord, un résumé de la littérature sur la synthèse de différents indazoles sera présenté. Ensuite, une présentation de deux méthodes efficaces d’activation de liens sera effectuée, soit l’activation d’amides par l’anhydride triflique et l’activation de liens C–H catalysée par des métaux de transition. Finalement, le développement d’une nouvelle méthodologie pour la synthèse de 3-aminoindazole utilisant ces deux approches sera discuté.