Decarboxylative Generation of Carbenes for the Synthesis of N-Heterocyclic Carbene Copper(I) Complexes - Applications in the Oxidative Coupling of 2-Naphthols

Le présent mémoire décrit la synthèse et l’utilité de complexes Cu-NHC. En premier lieu, la synthèse de complexes de cuivre porteurs de ligand(s) de type carbène-N-hétérocyclique (NHC) via une génération décarboxylative de carbènes sera présentée. En effet, de précédents rapports font état de l’utilisation de carboxylates d’imidazol(in)ium en tant que précurseurs carbéniques sous conditions thermolytiques. Ainsi, la présente étude montre l’utilisation de ces espèces zwitterioniques pour la synthèse de complexes de cuivre(I) mono- et bis-NHC comportant divers substituants et contre-ions. Une seconde partie du projet se concentrera sur l’évaluation de complexes Cu-NHC en tant que catalyseurs pour la synthèse de 2,2’-binaphtols via une réaction de couplage oxydatif de naphtols. L’objectif de ce projet de recherche est d’étudier les effets de variations structurales de différents complexes Cu-NHC afin de construire un processus catalytique plus efficace. Les effets de la structure du catalyseur sur la réaction de couplage ont été évalués en variant son contre-ion, le nombre de ligands NHC se coordonnant au cuivre, ainsi que la nature des substituants du ligand.

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.

Synthesis of (S)-cEt-LNA

Nucleoside (S)-cEt-LNA a été synthétisé par trois voies différentes à partir de la 5- méthyluridine qui est commercialement disponible. Le chemin le plus court comprend une méthylation diastéréosélective d'un aldéhyde, et une cyclisation 5-exo-tet d'un éther par déplacement SN2.

Visible-light-mediated synthesis of helicenes in batch and continuous flow systems

Le présent mémoire décrit le développement d’une méthode de synthèse des hélicènes catalysée par la lumière visible. Les conditions pour la formation de [5]hélicène ont été établies par une optimisation du photocatalyseur, du solvant, du système d’oxydation et du temps réactionnel. Suite aux études mécanistiques préliminaires, un mécanisme oxydatif est proposé. Les conditions optimisées ont été appliquées à la synthèse de [6]hélicènes pour laquelle la régiosélectivité a été améliorée en ajoutant des substituants sur la colonne hélicale. La synthèse de thiohélicènes a aussi été testée en utilisant les mêmes conditions sous irradiation par la lumière visible. La méthode a été inefficace pour la formation de benzodithiophènes et de naphtothiophènes, par contre elle permet la formation du phenanthro[3,4-b]thiophène avec un rendement acceptable. En prolongeant la surface-π de la colonne hélicale, le pyrène a été fusionné aux motifs de [4]- et [5]hélicène. Trois dérivés de pyrène-hélicène ont été synthétisés en utilisant les conditions optimisées pour la photocyclisation et leurs caractéristiques physiques ont été étudiées. La méthode de cyclisation sous l’action de la lumière visible a aussi été étudiée en flux continu. Une optimisation du montage expérimental ainsi que de la source lumineuse a été effectuée et les meilleures conditions ont été appliquées à la formation de [5]hélicène et des trois dérivés du pyrène-hélicène. Une amélioration ou conservation des rendements a été observée pour la plupart des produits formés en flux continu comparativement à la synthèse en batch. La concentration de la réaction a aussi été conservée et le temps réactionnel a été réduit par un facteur de dix toujours en comparaison avec la synthèse en batch.

Synthesis of transition metal N-heterocyclic carbene complexes and applications in catalysis

Les ligands de carbènes N-hétérocycliques (NHC) qui possèdent une symétrie C1 attirent beaucoup l’attention dans la littérature. Le présent projet de recherche propose de synthétiser une nouvelle série de ligands NHC C1-symétriques avec deux groupements N-alkyles qui exploitent un relais chiral. Un protocole modulaire et efficace pour la synthèse des sels d’imidazolium chiraux qui servent comme préligands pour les NHC a été développé. Quelques-uns de ces nouveaux ligands ont été installés sur le cuivre et de l’or, créant de nouveaux complexes chiraux. Les nouveaux complexes à base de cuivre ont été évalués comme catalyseurs pour le couplage oxydatif de 2-naphthols. Les ligands C1-symmétriques ont fourni des meilleurs rendements que les ligands C2-symmétriques. Au cours de l’optimisation, des additifs ont été évalués; les additifs à base de pyridine ont fourni des énantiosélectivités modérées tandis que les additifs à base de malonate ont donné des meilleurs rendements de la réaction de couplage oxydatif. Ultérieurement, les additifs à base de malonate ont été appliqués envers l’hétérocouplage de 2-naphthols. Le partenaire de couplage qui est riche en électrons est normalement en grand excès à cause de sa tendance à dégrader. Avec le bénéfice de l’additif, les deux partenaires de couplage peuvent être utilisés dans des quantités équivalentes. La découverte de l’effet des additifs a permis le développement d’un protocole général pour l’hétérocouplage de 2-naphthols.

Azabicycloalkanone synthesis by transannular cyclization

Une stratégie de synthèse efficace de différents composés de type azabicyclo[X.Y.0]alkanone fonctionnalisés a été développée. La stratégie synthétique implique la préparation de dipeptides par couplage avec des motifs vinyl-, allyl-, homoallyl- et homohomoallylglycine suivi d’une réaction de fermeture de cycle par métathèse permettant d’obtenir des lactames macrocycliques de 8, 9 et 10 membres, qui subissent une iodolactamisation transannulaire menant à l’obtention de mimes peptidiques bicycliques portant un groupement iode. Des couplages croisés catalysés par des métaux de transition ont été développés pour la synthèse d’acides aminés ω-insaturés énantiomériquement purs à partir de l’iodoanaline. L’étude du mécanisme suggère que l’iodure subit une attaque du coté le moins stériquement encombré de la lactame macrocyclique insaturée pour mener à l’obtention d’un intermédiaire iodonium. La cyclisation se produit ensuite par une route minimisant les interactions diaxiales et la tension allylique. L’iodolactamisation des différentes lactames macrocycliques insaturées a mené à l’obtention regio- et diastéréosélective d’acides aminés 5,5- et 6,6-iodobicycicliques. De plus, une imidate azabicyclo[4.3.1]alkane pontée de type anti-Bredt fut synthétisée à partir d’une lactame macrocyclique insaturé à neuf membres. Les analyses cristallographiques et spectroscopiques des macrocycles à 8, 9 et 10 membres, du composé iodobicyclique 5,5 ainsi que de l’imidate pontée, montrent bien le potentiel de ces dipeptides rigidifiés de servir en tant que mimes des résidus centraux de tours β de type I, II’, II et VI.

Synthesis of constrained tricyclic nucleosides and the core of nagilactone B

Cette thèse décrit deux thèmes principaux: 1) la conception, la synthèse, et l'évaluation biophysique des nucléosides tricycliques, et 2) la synthèse de nagilactone B, un produit naturel norditerpenoïde dilactone de la famille de produits naturels “podolactone”. Le premier chapitre décrit la stratégie de design rationnel des nucléosides nommé “restriction conformationnelle double” basée sur les études de modélisation structurales des duplex ADN–ARN modifiés. Cette stratégie implique un blocage du cycle furanose dans une configuration de type N- ou S, et une restriction de la rotation torsionelle autour de l’angle γ. La première contrainte a été incorporée avec un pont méthylène entre l’oxygène en position 2′ et le carbone 4′ du nucléoside. Cette stratégie a été inspirée par les acides nucléiques bloqués (ou “locked nucleic acid”, LNA). La deuxième contrainte a été réalisée en ajoutant un carbocycle supplémentaire dans l'échafaud de l’acide nucléique bloqué. Les défis synthétiques de la formation des nucléotides modifiés à partir des carbohydrates sont décrits ainsi que les améliorations aux stabilités thermiques qu’ils apportent aux duplex oligonucléïques dont ils font partie. Chapitres deux et trois décrivent le développement de deux voies synthétiques complémentaires pour la formation du noyau de nagilactone B. Ce produit naturel a des implications pour le syndrome de Hutchinson–Gilford, à cause de son habilité de jouer le rôle de modulateur de l’épissage d’ARN pré-messager de lamine A. Ce produit naturel contient sept stereocentres différents, dont deux quaternaires et deux comprenant un syn-1,2-diol, ainsi que des lactones à cinq ou six membres, où le cycle à six ressemble à un groupement α-pyrone. La synthèse a débuté avec la cétone de Wieland-Miescher qui a permis d’adresser les défis structurels ainsi qu’explorer les fonctionnalisations des cycles A, B et D du noyau de nagilactone B.

Synthesis and Characterization of Some New Transition Metal Complexes of the Schiff Base Derived from Quinoxaline-2-Carboxaldehyde and 2- Aminophenol

Some new transition metal complexes of the Schiff base quinoxaline-2-car boxalidene-2-aminophenol (HQAP) have been synthesized and characterized by elemental analyses, conductance and magnetic measurements and IR and UV-Visible spectral studies. The complexes have the following empirical formulae: [Mn(QAP121, [Fe(QAPl2C1I, [Co(QAPl21, [Ni(QAP121 and [Cu(QAP121. A tetrahedral structure has been assigned for the manganese(=), cobalt(II1, nickel(II1 and copper(II1 complexes. For the iron(IIIl complex an octahedral dimeric structure has been suggested

Three Component Mannich Reaction and 1,5-Benzodiazepine Synthesis Catalyzed by a Tetranitrile-Silver Complex

This manuscript describes the first example of silver ion complex of a dendritic tetranitrile ligand catalyzed one-pot three component Mannich reaction and 1,5-benzodiazepine synthesis. The catalyst can be separated from the products by a change in the solvent. The catalyst is reusable.

Investigations of Nonlinear Optical Properties of certain organic photonic materials using Z-Scan and DFWM techniques

Nonlinear optical processes in organic compounds have attracted considerable interest in the field of science and technology because of their compelling technological promises in fields of optical communication,computing,switching and signal processing.As a result of the synthesis of novel organic compounds with varying degree of nonlinear optical strength, many practical devices based on these are getting realised giving new theoretical insights into the nonolinear optical behaviour of materials.Organic compounds like phthalocyanines and porphyrins have evoked great deal of interest in the field of photonic technology.The present thesis describes the results obtained from the investigations carried out on the nonlinear optical properties of certain organo-metallic compounds using Z-Scan and DFWM techniques.

Transition metal complexes of quinoxaline based Schiff base ligands: Synthesis,characterization and catalytic activity study

Schiff base complexes of transition metal ions have played a significant role in coordination chemistry.The convenient route of synthesis and thermal stability of Schiff base complexes have contributed significantly for their possible applications in catalysis,biology,medicine and photonics.Significant variations in cataltytic activity with structure and type are observed for these complexes.The thesis deals with synthsis and characterization of transition metal complexes of quinoxaline based Schiff base ligands and their catalytic activity study.The Schiff bases synthesized in the present study are quinoxaline-2-carboxalidine-2-amino-5-methylphenol,3-hydroxyquinoxaline-2-carboxalidine-2-amino-5-methylphenol,quinoxaline-2-aminothiophenol.They provide great structural diversity during complexation.To the best of our knowledge, the transition metal complexes of quinoxaline based Schiff bases are poorly utilised in academic and industrial research.

Transition metal and rare earth metal modified sol-gel titania: a versatile catalyst for organic transformations

Catalysis is a mature field with extensive practical applications in today's society.indeed,the catalysis of petroleum refining,fine chemical synthesis and emission control demands the production of catalysts in bulk quantities.Future improvement of these well established processes is likely to be incremental.On the other hand,the continuous demand for new products will require additional novel and innovative processes.The need for pollution abatement and prevention also imposes new demands on catalysis, and new processes are periodically advanced for the control of emission of gases as well as for remediation processes such as the cleaning of underground waters. The number of problems where catalysis can have a big impact is constantly growing.In general,science stimulated by the technology has enriched the field of catalysis in a way that has had broad and lasting value.The thesis"Transition metal and rare earth metal modified sol-gel titania: a versatile catalyst for organic transformations" accounts the preparation and characterization studies of both transition metals and rare earth metals modified sol-gel titania and its applications in industrially useful organic reactions.

Design of Cyclophanes: Synthesis and Study of Photophysical and Biomolecular Recognition Properties

Development of organic molecules that exhibit selective interactions with different biomolecules has immense significance in biochemical and medicinal applications. In this context, our main objective has been to design a few novel functionaIized molecules that can selectively bind and recognize nucleotides and DNA in the aqueous medium through non-covalent interactions. Our strategy was to design novel cycIophane receptor systems based on the anthracene chromophore linked through different bridging moieties and spacer groups. It was proposed that such systems would have a rigid structure with well defined cavity, wherein the aromatic chromophore can undergo pi-stacking interactions with the guest molecules. The viologen and imidazolium moieties have been chosen as bridging units, since such groups, can in principle, could enhance the solubility of these derivatives in the aqueous medium as well as stabilize the inclusion complexes through electrostatic interactions.We synthesized a series of water soluble novel functionalized cyclophanes and have investigated their interactions with nucleotides, DNA and oligonucIeotides through photophysical. chiroptical, electrochemical and NMR techniques. Results indicate that these systems have favorable photophysical properties and exhibit selective interactions with ATP, GTP and DNA involving electrostatic. hydrophobic and pi-stacking interactions inside the cavity and hence can have potential use as probes in biology.

Zeolite encapsulated complexes of ruthenium: synthesis, characterisation and catalytic activity studies

The work presented in this thesis is mainly centered on the synthesis and characterization of some encapsulated transition metal complexes and the catalytic activity of the synthesized complexes in certain organic reactions.thesis deals with the catalytic activity of ruthenium-exchanged zeolite and the zeolite encapsulated complexes of SSC, SOD, SPD, AA, ABA, DMG, PCO, PCP, CPO and CPP in the hydroxylation of phenol using hydrogen peroxide. The products were analyzed with a GC to determine the percentage conversion and the chromatograms indicate the presence of different products like hydroquinone, catechol,benzoquinone, benzophenone etc. The major product formed is hydroquinone. From the screening studies, RuYSSC was found to be the most effective catalyst for phenol hydroxylation with 94.4% conversion and 76% hydroquinone selectivity. The influence of different factors like reaction time, temperature, amount of catalyst, effect of various solvents and oxidant to substrate ratio in the catalytic activity were studied in order to find out the optimum conditions for the hydroxylation reaction. The influence of time on the percentage conversion of phenol was studied by conducting the reactions for different durations varying from one hour to four hours. There is an induction period for all the complexes and the length of the induction period depends on the nature of the active components. Though the conversion of phenol and selectivity for hydroquinone. increases with time, the amount of benzoquinone formed decreases with time. This is probably due to the decomposition of benzoquinone formed during the initial stages of the reaction into other degradation products like benzophenones. The effect of temperature was studied by carrying out the reaction at three different temperatures, 30°C, 50°C and 70°C. Reactions carried at temperatures higher than 70°C result either in the decomposition of the products or in the formation of tarry products. Activity increased with increase in the amount of the catalyst up to a certain level. However further increase in the weight of the catalyst did not have any noticeable effect on the percentage conversion. The catalytic studies indicate that the oxidation reaction increases with increase in the volume of hydrogen peroxide till a certain volume. But further increase in the volume of H202 is detrimental as some dark mass is obtained after four hours of reaction. The catalytic activity is largely dependent on the nature of the solvent and maximum percentage conversion occurred when the solvent used is water. The intactness of the complexes within the zeolite cages enhances their possibility of recycling and the activities of the recycled catalysts show only a slight decrease when compared to the fresh samples .

Synthesis and Photochemistry of a few Olefin appended Dibenzobarrelenes and Bisdibenzobarrelenes

The thesis entitled: ‘Synthesis and Photochemistry of a few Olefin appended Dibenzobarrelenes and Bisdibenzobarrelenes’ is divided into 5 chapters.In Chapter 1, the fundamental concepts of Diels-Alder reaction, di-r:methane rearrangement and energy transfer process in organic photochemistry is discussed.Chapter 2 presents the synthesis of 9-olefin appended anthracenes and bisanthracenes. The target of synthesising various bridgehead olefin appended dibenzobarrelenes and some novel bisdibenzobarrelenes, led us to the synthesis of the appropriate alkenylanthracenes and bisanthracenes as precursor molecules. Diels-Alder reaction was the synthetic tool for the preparation of the target olefin appended dibenzobarrelenes and bisdibenzobarrelenes. This chapter attempts to throw light on our endeavours in synthesising the various 9-alkenylanthracenes and bisanthracenes.Chapter 3 deals with the synthesis of olefin appended dibenzobarrelenes and bisdibenzobarrelenes. Ever since the discovery of di-It-methane rearrangement dibenzobarrelenes, tailored with dijferent substituents at various positions have always been a tool to photochemists in unravelling the mechanisms of light induced reactions. Our intention of analysing the role of a It-moiety at the bridgehead position of the dibenzobarrelene, was synthetically envisaged via the Diels-Alder reaction. Bisdibenzobarrelenes were synthesised through tandem Diels-Alder reaction. Various alkenylanthracenes and bisanthracenes were employed as dienes and the dienophiles used were dimethyl acetylenedicarboxylate and dibenzoylacetylene. In this chapter, we report our venture in synthesising the various olefin appended dibenzobarrelenes and bisdibenzobarrelenes. Chapter 4 describes the preliminary time-resolved fluorescence studies of some olefin appended dibenzobarrelenes and bisdibenzobarrelenes.To understand the primary and secondary physicochemical processes in a photochemical reaction it is necessary to characterise the excited states and the transient intermediates during their short lifetime. A number of methods developed on the basis of the physical properties of the transient species are available for their detection. Time-correlated single-photon counting technique has been utilised in the present study of the excited states of olefin appended dibenzobarrelenes and bisdibenzobarrelenes. To understand the primary and secondary physicochemical processes in a photochemical reaction it is necessary to characterise the excited states and the transient intermediates during their short lifetime. A number of methods developed on the basis of the physical properties of the transient species are available for their detection. Time-correlated single-photon counting technique has been utilised in the present study of the excited states of olefin appended dibenzobarrelenes and bisdibenzobarrelenes.Chapter 5 portrays the photochemistry of olefin appended dibenzobarrelenes and bisdibenzobarrelenes. Dibenzocyclooctatetraene and dibenzosemibullvalene are the photoproducts obtained respectively through the singlet excited state and the triplet excited state of dibenzobarrelenes. Chemical literature shows evidences of the photoreactivity of dibenzobarrelenes generating both the singlet and triplet mediated photoproducts, in a single photoreaction. Our research target in synthesising various bridgehead olefin appended dibenzobarrelenes and bisdibenzobarrelenes, was based on the perception that olefins are eflicient triplet quenchers, thereby quenching intramolecularly the triplet excited state of the barrelenes. A It-moiety at the bridgehead position of the dibenzobarrelene, creates a tetra tr-methane system, which similar to a 6li—7l' or tri-tr-methane systems, could be the fertile ground for interesting photochemical rearrangements. Our attempts in deciphering the photochemistry of the olefin appended dibenzobarrelenes and bisdibenzobarrelenes is the substance of this chapter.