Développement d'un tandem multicatalytique méthylénation - couplage de Heck et Approche synthétique de l'Hodgsonox

Cette thèse comprend deux parties distinctes, dans lesquelles seront décrits tout d’abord, le développement d’un procédé multicatalytique en un seul pot d’une réaction de méthylénation suivie d’un couplage de Heck, puis dans un second temps, une étude vers la synthèse de l’Hodgsonox. Le premier thème de la thèse correspond à la mise en place d’un procédé en un seul pot, basé sur la méthodologie de méthylénation catalysée par un métal de transition, développée au sein du groupe du Pr. Lebel, et sur des couplages de Heck. Différentes études de compatibilité des réactifs mis en présence sont abordées, ainsi que le choix des conditions optimales (Pd(OAc)2 et P(o-tol)3) pour la réalisation d’un tel système qui ne requiert aucun isolement du produit intermédiaire. Il a été démontré que la présence de triphénylphosphine en excès inhibe la réaction de couplage de Heck, ce qui a finalement orienté notre choix vers les sels de cuivre pour la catalyse de la réaction de méthylénation. Le tandem séquentiel a ensuite été appliqué à la synthèse de divers stilbènes, notamment des composés dérivés du Resvératrol, molécule d’intérêt thérapeutique pour les maladies cardiovasculaires, et à la synthèse d’indanes substitués, avec un couplage intramoléculaire, avec de bons rendements. La deuxième partie de cette thèse traite de l’étude menée vers la synthèse de l’Hodgsonox. Cette molécule correspond à une nouvelle classe de sesquiterpènes tricycliques, comportant un dihydropyrane doté d’une fonction éther diallylique. Cette molécule représente un défi synthétique pour le groupe du Pr. Lebel, qui envisage de synthétiser les deux doubles liaisons terminales au moyen de la méthodologie de méthylénation développée au sein du groupe. L’Hodgsonox, dont la biosynthèse utilise la voie MEP, a un potentiel insecticide pour la croissance de la larve de la mouche verte d’Australie, Lucilia cuprina. La synthèse envisagée au cours de ces travaux est basée sur la formation préalable d’un cycle à 5 chaînons, comportant 3 centres stéréogéniques, puis sur la cyclisation du cycle pyranique au moyen d’une réaction d’insertion dans un lien O H. Un dédoublement cinétique dynamique sur une δ butyrolactone substituée permet de fixer la stéréochimie relative de deux centres chiraux dès la première étape. Le cycle à 5 chaînons est ensuite formé par métathèse après 6 étapes avec un rendement de 37%. Une addition conjuguée suivie d’une réaction de Saegusa et d’une réaction d’hydrosilylation introduit le groupement isopropyle de manière syn. Après mise en place d’un groupement céto-ester, un transfert de groupement diazonium permet de préparer le précurseur pour la réaction d’insertion dans un lien O-H. Le bicycle correspondant à la structure de base de l’Hodgsonox a été préparé au moyen de 16 étapes linéaires avec un rendement global de 12%.

Impacts de l’intensification agricole et de la structure du paysage sur les relations tri – trophiques entre un oiseau hôte, des mouches ectoparasites et leur parasitoïdes.

L’intensification des pratiques agricoles a été identifiée comme cause majeure du déclin de la biodiversité. Plusieurs études ont documenté l’impact de la fragmentation du paysage naturel et de l’agriculture intensive sur la diversité des espèces, mais très peu ont quantifié le lien entre la structure du paysage et les interactions trophiques, ainsi que les mécanismes d’adaptation des organismes. J’ai étudié un modèle biologique à trois niveaux trophiques composé d’un oiseau hôte, l’hirondelle bicolore Tachycineta bicolor, de mouches ectoparasites du genre Protocalliphora et de guêpes parasitoïdes du genre Nasonia, au travers d’un gradient d’intensification agricole dans le sud du Québec. Le premier objectif était de déterminer l’abondance des espèces de mouches ectoparasites et de leurs guêpes parasitoïdes qui colonisent les nids d’hirondelles dans la zone d’étude. La prévalence de nids infectés par Protocalliphora spp. était de 70,8% en 2008 et 34,6% en 2009. Le pourcentage de nids comprenant des pupes de Protocalliphora parasitées par Nasonia spp. était de 85,3% en 2008 et 67,2% en 2009. Trois espèces de Protocalliphora ont été observées (P. sialia, P. bennetti et P. metallica) ainsi que deux espèces de Nasonia (N. vitripennis et N. giraulti). Il s’agit d’une première mention de P. bennetti et de N. giraulti dans la province de Québec. Mon deuxième objectif était d’évaluer l’impact de l’intensification agricole et de la structure du paysage sur les relations tri-trophiques entre les organismes à l’étude. Les résultats révèlent que les réponses à la structure du paysage de l’hirondelle, de l’ectoparasite et de l’hyperparasite dépendantent de l’échelle spatiale. L’échelle spatiale fonctionnelle à laquelle les espèces répondent le plus varie selon le paramètre du paysage modélisé. Les analyses démontrent que l’intensification des pratiques agricoles entraîne une diminution des populations d’oiseaux, d’ectoparasites et d’hyperparasites. De plus, les populations de Protocalliphora et de Nasonia sont menacées en paysage intensif puisque la dégradation du paysage associée à l’intensification des pratiques agricoles agit directement sur leurs populations et indirectement sur les populations de leurs hôtes. Mon troisième objectif était de caractériser les mécanismes comportementaux permettant aux guêpes de composer avec la variabilité de la structure du paysage et de la qualité des hôtes. Nos résultats révèlent que les femelles Nasonia ajustent la taille de leur ponte en fonction de la taille de la pupe hôte et de l’incidence d’hyperparasitisme. Le seul facteur ayant une influence déterminante sur le ratio sexuel est la proportion de paysage dédié à l’agriculture intensive. Aucune relation n’a été observée entre la structure du paysage et la taille des filles et des fils produits par les femelles Nasonia fondatrices. Ce phénomène est attribué aux comportements d’ajustement de la taille de la ponte et du ratio sexuel. En ajustant ces derniers, minimisant ainsi la compétition entre les membres de leur progéniture, les femelles fondatrices sont capables de maximiser la relation entre la disponibilité des ressources et la valeur sélective de leur progéniture. En conclusion, ce travail souligne l’importance de considérer le contexte spatial des interactions trophiques, puisqu’elles influencent la biodiversité locale et le fonctionnement de l’écosystème.

Progrès vers la synthèse totale de l'hodgsonox

Ce mémoire présente une poursuite de l’étude vers la synthèse de l’hodgsonox, un sesquiterpénoïde naturel possédant des propriétés insecticides contre la mouche verte d’Australie, Lucilia cuprina. L’hodgsonox comporte six centres stéréogènes et trois cycles : un époxyde fusionné à un cycle à cinq chaînons et une fonction éther cyclique à six chaînons doublement allylique. La stratégie de synthèse de l’hodgsonox proposée comporte dix-neuf étapes linéaires. Elle s’appuie sur les travaux préliminaires de Lise Bréthous, étudiante au doctorat, de Nicolas Lévaray, étudiant à la maîtrise, ainsi que du Dr. Ying Dong Lu et de la Dr. Sonia Diab, qui ont tous travaillé précédemment dans le groupe de la Pr. Lebel. La première étape de cette synthèse consiste en une hydrogénation cinétique dynamique de Noyori permettant d’obtenir un seul diastéréoisomère à partir de l’α-acétylbutyrolactone. Une séquence de six étapes linéaires supplémentaires, comprenant l’ouverture de la lactone ainsi qu’une métathèse d’oléfine, permet d’obtenir le cycle à cinq chaînons avec un rendement global de 37%. L’unité isopropyle est par la suite installée par une addition conjuguée pour former un éther d’énol silylé, qui est directement oxydé en la cétone correspondante avec l’acétate de palladium(II). Une réaction d’hydrosilylation subséquente permet d’obtenir la stéréochimie syn attendue de l’unité isopropyle. Par la suite, la carbonylation d’un intermédiaire triflate permet d’obtenir le squelette de base pour la formation de l’éther cyclique. Enfin, le cycle à six chaînons est formé par insertion O−H intramoléculaire d’un diazo avec un rendement global de 2% sur 17 étapes. Les travaux spécifiques de l’auteure comprennent l’évaluation de conditions catalytiques pour l’oxydation de Saegusa de l’éther d’énol silylé. Les trois dernières étapes ont également été explorées par l’auteure. Il s’agit de l’époxydation de la double liaison endocyclique, de l’insertion dans un lien O−H catalysée par un dimère de rhodium, et de la méthylénation. Enfin, l’exploration d’une voie alternative a été entamée. Cette nouvelle voie consiste à former l’éther cyclique par une substitution nucléophile sur un époxyde. La double liaison exo-cyclique serait installée par une simple réaction de déshydratation.

The dynamics of intraguild predation in Chrysomya albiceps Wied. (Diptera : Calliphoridae): Interactions between instars and species under different abundances of food

The pattern of larval interaction in blowflies confined with Chrysomya albiceps Wied. and C. rufifacies Maquart can be changed in response to the predatory behaviour of the two species to a contest-type process instead of the scramble competition that usually occurs in blowflies. Facultative predation is a frequent behaviour in C. albiceps and C. rufifacies that occurs as an alternative food source during the larval stage. In this study, we investigated the dynamics of intraguild predation by C. albiceps on other fly species in order to analyse interspecific and intraspecific survival in C. albiceps, C. megacephala and C macellaria Fabricius. The experimental design of the study allowed us to evaluate how factors such as species, density and abundance of food influenced the survival of the calliphorid species. When C albiceps was confined with C megacephala or C macellaria, only adults of C albiceps survived at different larval densities and abundance of food. In addition, the survival of C albiceps was higher in two-species experiments when compared to single species experiments. The implications of these results for the dynamics of C albiceps were discussed.

Population dynamics, life stage and ecological modeling in Chrysomya albiceps (Wiedemann) (Diptera: Calliphoridae)

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Neighborhood Interactions and Larval Dispersal Behavior in Blowflies

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Stochastic dynamics in exotic and native blowflies: an analysis combining laboratory experiments and a two-patch metapopulation model

In this study we explored the stochastic population dynamics of three exotic blowfly species, Chrysomya albiceps, Chrysomya megacephala and Chrysomya putoria, and two native species, Cochliomyia macellaria and Lucilia eximia, by combining a density-dependent growth model with a two-patch metapopulation model. Stochastic fecundity, survival and migration were investigated by permitting random variations between predetermined demographic boundary values based on experimental data. Lucilia eximia and Chrysomya albiceps were the species most susceptible to the risk of local extinction. Cochliomyia macellaria, C. megacephala and C. putoria exhibited lower risks of extinction when compared to the other species. The simultaneous analysis of stochastic fecundity and survival revealed an increase in the extinction risk for all species. When stochastic fecundity, survival and migration were simulated together, the coupled populations were synchronized in the five species. These results are discussed, emphasizing biological invasion and interspecific interaction dynamics.

Dispersal and predation behavior in larvae of Chrysomya albiceps and Chrysomya megacephala (Diptera : Calliphoridae)

Chrysomya albiceps and Chrysomya megacephala are exotic blowfly species known by producing myiasis in humans and other animals and by transmitting pathogens mechanically. C. albiceps stand out by being a facultative predator of other dipteran larvae. In this paper we investigated the influence of larval predation on the dispersal of larvae of C. albiceps and C. megacephala single and double species for three photophases. An experimental acrylic channel graduated and covered with wood shavings was used to observe the larval dispersal. The results showed that C. albiceps attacks C. megacephala larvae during dispersal and keeps an aggregated pattern close to the release point, in single and double species, independently of the different photophases. Chrysomya megacephala single species exhibited the same pattern, but in double species this was changed to a random distribution.

Fuzzy subset approach in coupled population dynamics of blowflies

This paper is a study on the population dynamics of blowflies employing a density-dependent. non-linear mathematical model and a coupled population formalism. In this Study, we investigated the coupled population dynamics applying fuzzy subsets to model the Population trajectory. analyzing demographic parameters such as fecundity, Survival, and migration. The main results suggest different possibilities in terms of dynamic behavior produced by migration in coupled Populations between distinct environments and the rescue effect generated by the connection between populations. It was possible to conclude that environmental heterogeneity can play an important role in blowfly metapopulation systems. The implications of these results for population dynamics of blowflies are discussed.

Seasonal fecundity and body size in Chrysomya megacephala (Fabricius) (Diptera: Calliphoridae)

Neste estudo a variação sazonal da fecundidade, tamanhos de asa e tíbia, foi investigada em populações naturais de Chrysomya megacephala (Fabricius) a fim de determinar variações nas características bionômicas da espécie em função da sazonalidade. Uma trajetória temporal relativamente constante foi encontrada para fecundidade, tamanhos de asa e tíbia durante doze meses. Correlações positivas e significativas entre tamanho da asa e temperatura, tamanho da tíbia e temperatura e tamanhos da asa e tíbia foram observadas. As implicações desses resultados para a dinâmica populacional de C. megacephala foram discutidas.

Theoretical estimates of consumable food and probability of acquiring food in larvae of Chrysomya putoria (Diptera: Calliphoridae)

An indirect estimate of consumable food and probability of acquiring food in a blowfly species, Chrysomya putoria, is presented. This alternative procedure combines three distinct models to estimate consumable food in the context of the exploitative competition experienced by immature individuals in blowfly populations. The relevant parameters are derived from data for pupal weight and survival and estimates of density-independent larval mortality in twenty different larval densities. As part of this procedure, the probability of acquiring food per unit of time and the time taken to exhaust the food supply are also calculated. The procedure employed here may be valuable for estimations in insects whose immature stages develop inside the food substrate, where it is difficult to partial out confounding effects such as separation of faeces. This procedure also has the advantage of taking into account the population dynamics of immatures living under crowded conditions, which are particularly characteristic of blowflies and other insects as well.

Dynamics of experimental populations of native and introduced blowflies (Diptera: Calliphoridae): mathematical modelling and the transition from asymptotic equilibrium to bounded oscillations

The equilibrium dynamics of native and introduced blowflies is modelled using a density-dependent model of population growth that takes into account important features of the life-history in these flies. A theoretical analysis indicates that the product of maximum fecundity and survival is the primary determinant of the dynamics. Cochliomyia macellaria, a blowfly native to the Americas and the introduced Chrysomya megacephala and Chrysomya putoria, differ in their dynamics in that the first species shows a damping oscillatory behavior leading to a one-point equilibrium, whereas in the last two species population numbers show a two-point limit cycle. Simulations showed that variation in fecundity has a marked effect on the dynamics and indicates the possibility of transitions from one-point equilibrium to bounded oscillations and aperiodic behavior. Variation in survival has much less influence on the dynamics.

Seasonal population dynamics in Lucilia eximia (Wiedemann) (Diptera: Calliphoridae)

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Taxa de desenvolvimento de Chrysomya albiceps(Wiedemann) (Diptera: Calliphoridae) em dieta artificial acrescida de tecido animal para uso forense

Forensic entomology uses biological and ecological aspects of necrophagous insects to help in criminal investigations to estimate the post-mortem interval (PMI) or to determine the cause of death. Recent papers demonstrated that the presence of toxins in decomposing tissues may alter the insect developmental rate of insects exploiting such tissues as food. Thus, preliminary tests with artificial diets in laboratory are necessary to create a database to investigate and quantify the modifications that can occur with the collected insects from a criminal scene, avoiding any errors on the PMI estimates. The present study aimed to evaluate the developmental rate of Chrysomya albiceps (Wiedemann) reared on: a) artificial diets containing animal tissues: bovine liver (D1), raw muscle (D2), stomach (D3), and chicken heart (D4); b) artificial diet without animal tissue (D5); and c) a control group (C), which had only meat. The efficiency of each substrate was assessed by immature weight gain (mg), larval developmental time, larval and pupal survival, emergence interval and adult size. D1 to D4 diets did not restrict C. albiceps development; however, larvae reared on D1 and D2 diets presented a lower adult emergence rate. D3 and control group showed similarities regarding the efficiency parameters (rate and emergence interval). Thus, the use of diet D3, artificial diet with stomach, is the most recommended.

Population dynamics of Chrysomya megacephala (Diptera : Calliphoridae) at different temperatures

In this study we analysed the theoretical population dynamics of C. megacephala, an exotic blowfly, kept at 25 and 30degreesC, using a density-dependent mathematical model, with parametric estimates of survival and fecundity in the laboratory. No change in terms of oscillation patterns was found for the two temperatures. The populations exhibited a two-point limit cycle, i.e. oscillations between two fixed points, at 25 and 30degreesC. However a quantitative change was observed, indicating that at 25degreesC the number of immatures in equilibrium is 1176 and at 30degreesC, 1944. The implications of this difference in terms of equilibrium for population dynamics of C. megacephala are discussed.