Rational design of a (S)-selective-Transaminase for asymmetric synthesis of (1S)-1-(1,1'-biphenyl 2-yl)ethanamine

Amine transaminases offer an environmentally sustainable synthesis route for the production ofpure chiral amines. However, their catalytic efficiency towards bulky ketone substrates isgreatly limited by steric hindrance and therefore presents a great challenge for industrialsynthetic applications. Hereby we report an example of rational transaminase enzyme design tohelp alleviate these challenges. Starting from the Vibrio fluvialis amine transaminase that has nodetectable catalytic activity towards the bulky aromatic ketone 2-acetylbiphenyl, we employed arational design strategy combining in silico and in vitro studies to engineer the transaminaseenzyme with a minimal number of mutations, achieving an high catalytic activity and highenantioselectivity. We found that by introducing two mutations W57G/R415A detectableenzyme activity was achieved. The rationally designed best variant,W57F/R88H/V153S/K163F/I259M/R415A/V422A, showed an improvement in reaction rateby > 1716-fold towards the bulky ketone under study, producing the corresponding enantiomericpure (S)-amine (ee value of > 99%). 

Synthesis and characterization of hybrids derived from vermiculite chloropropyl and aliphatic diamines

ALVES, Ana Paula de Melo et al. Synthesis and characterization of hybrids derived from vermiculite chloropropyl and aliphatic diamines. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, v.87, n. 3, p.771–774, 2007.

Investigation of the Nucleation and Growth of Colloidal Indium Phosphide: from Molecular Precursors to Semiconductor Nanocrystals through In37P20(O2CR)51 as a Magic-Size Intermediate

Thesis (Ph.D.)--University of Washington, 2016-06

Palladium-Catalyzed Cross-Couplings of 2-Alkylaziridines and Alkenylboronic Acids

Thesis (Master's)--University of Washington, 2016-08

A Theoretical and Synthetic Investigation of New Donors for Organic Electro-Optic Chromophores: Understanding the Effects of Structure and Substituents on Donor Strength

Thesis (Ph.D.)--University of Washington, 2016-08

Recouvrements à base de dextrane pour applications médicales

L’ingénierie des biomatériaux a connu un essor prodigieux ces dernières décennies passant de matériaux simples à des structures plus complexes, particulièrement dans le domaine cardiovasculaire. Cette évolution découle de la nécessité des biomatériaux de permettre la synergie de différentes propriétés, dépendantes de leurs fonctions, qui ne sont pas forcément toutes compatibles. Historiquement, les premiers matériaux utilisés dans la conception de dispositifs médicaux étaient ceux présentant le meilleur compromis entre les propriétés physico-chimiques, mécaniques et biologiques que nécessitait leur application. Cependant, il se peut qu’un tel dispositif possède les bonnes propriétés physico-chimiques ou mécaniques, mais que sa biocompatibilité soit insuffisante induisant ainsi des complications cliniques. Afin d’améliorer ces propriétés biologiques tout en conservant les propriétés de volume du matériau, une solution est d’en modifier la surface. L’utilisation d’un revêtement permet alors de moduler la réponse biologique à l’interface biomatériau-hôte et de diminuer les effets indésirables. Ces revêtements sont optimisés selon deux critères principaux : la réponse biologique et la réponse mécanique. Pour la réponse biologique, les deux approches principales sont de mettre au point des revêtements proactifs qui engendrent l’adhérence, la prolifération ou la migration cellulaire, ou passifs, qui, principalement, sont inertes et empêchent l’adhérence de composés biologiques. Dans certains cas, il est intéressant de pouvoir favoriser certaines cellules et d’en limiter d’autres, par exemple pour lutter contre la resténose, principalement due à la prolifération incontrôlée de cellules musculaires lisses qui conduit à une nouvelle obstruction de l’artère, suite à la pose d’un stent. La recherche sur les revêtements de stents vise, alors, à limiter la prolifération de ces cellules tout en facilitant la ré-endothélialisation, c’est-à-dire en permettant l’adhérence et la prolifération de cellules endothéliales. Dans d’autres cas, il est intéressant d’obtenir des surfaces limitant toute adhérence cellulaire, comme pour l’utilisation de cathéter. Selon leur fonction, les cathéters doivent empêcher l’adhérence cellulaire, en particulier celle des bactéries provoquant des infections, et être hémocompatibles, principalement dans le domaine vasculaire. Il a été démontré lors d’études précédentes qu’un copolymère à base de dextrane et de poly(méthacrylate de butyle) (PBMA) répondait aux problématiques liées à la resténose et qu’il possédait, de plus, une bonne élasticité, propriété mécanique importante due à la déformation que subit le stent lors de son déploiement. L’approche de ce projet était d’utiliser ce copolymère comme revêtement de stents et d’en améliorer l’adhérence à la surface en formant des liens covalents avec la surface. Pour ce faire, cela nécessitait l’activation de la partie dextrane du copolymère afin de pouvoir le greffer à la surface aminée. Il était important de vérifier pour chaque étape l’influence des modifications effectuées sur les propriétés biologiques et mécaniques des matériaux obtenus, mais aussi d’un point de vue de la chimie, l’influence que cette modification pouvait induire sur la réaction de copolymérisation. Dans un premier temps, seul le dextrane est considéré et est modifié par oxydation et carboxyméthylation puis greffé à des surfaces fluorocarbonées aminées. L’analyse physico-chimique des polymères de dextrane modifiés et de leur greffage permet de choisir une voie de modification préférentielle qui n’empêchera pas ultérieurement la copolymérisation. La carboxyméthylation permet ainsi d’obtenir un meilleur recouvrement de la surface tout en conservant la structure polysaccharidique du dextrane. Le greffage du dextrane carboxyméthylé (CMD) est ensuite optimisé selon différents degrés de modification, tenant compte aussi de l’influence que ces modifications peuvent induire sur les propriétés biologiques. Finalement, les CMD précédemment étudiés, avec des propriétés biologiques définies, sont copolymérisés avec des monomères de méthacrylate de butyle (BMA). Les copolymères ainsi obtenus ont été ensuite caractérisés par des analyses physico-chimiques, biologiques et mécaniques. Des essais préliminaires ont montrés que les films de copolymères étaient anti-adhérents vis-à-vis des cellules, ce qui a permis de trouver de nouvelles applications au projet. Les propriétés élastiques et anti-adhérentes présentées par les films de copolymères CMD-co-PBMA, les rendent particulièrement intéressants pour des applications comme revêtements de cathéters.

Electrochemical Oxidation of N - p -Toluenesulfinamides

Contrasting and interesting electrochemical behavior is observed in anodic oxidation of N-substituted p-toluenesulfinamides under controlled current conditions. For sulfinamides derived from secondary alkylamines and primary arylamines, the N-sulfinyl group is removed and the corresponding amines are formed; for sulfinamides derived from primary alkylamines, sulfur oxidation yields the corresponding sulfonamides in good yields.

Synthesis and characterization of hybrids derived from vermiculite chloropropyl and aliphatic diamines

ALVES, Ana Paula de Melo et al. Synthesis and characterization of hybrids derived from vermiculite chloropropyl and aliphatic diamines. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, v.87, n. 3, p.771–774, 2007.

Novel Anti-Campylobacter Compounds Identified Using High Throughput Screening of a Pre-selected Enriched Small Molecules Library

Campylobacter is a leading cause of foodborne bacterial gastroenteritis worldwide and infections can be fatal. The emergence of antibiotic-resistant Campylobacter spp. necessitates the development of new antimicrobials. We identified novel anti-Campylobacter small molecule inhibitors using a high throughput growth inhibition assay. To expedite screening, we made use of a “bioactive” library of 4,182 compounds that we have previously shown to be active against diverse microbes. Screening for growth inhibition of Campylobacter jejuni, identified 781 compounds that were either bactericidal or bacteriostatic at a concentration of 200 µM. Seventy nine of the bactericidal compounds were prioritized for secondary screening based on their physico-chemical properties. Based on the minimum inhibitory concentration against a diverse range of C. jejuni and a lack of effect on gut microbes, we selected 12 compounds. No resistance was observed to any of these 12 lead compounds when C. jejuni was cultured with lethal or sub-lethal concentrations suggesting that C. jejuni is less likely to develop resistance to these compounds. Top 12 compounds also possessed low cytotoxicity to human intestinal epithelial cells (Caco-2 cells) and no hemolytic activity against sheep red blood cells. Next, these 12 compounds were evaluated for ability to clear C. jejuni in vitro. A total of 10 compounds had an anti-C. jejuni effect in Caco-2 cells with some effective even at 25 µM concentrations. These novel 12 compounds belong to five established antimicrobial chemical classes; piperazines, aryl amines, piperidines, sulfonamide and pyridazinone. Exploitation of analogues of these chemical classes may provide Campylobacter specific drugs that can be applied in both human and animal medicine.

Development of an organocatalytic method for the enantioselective synthesis of rivastigmine

The focus of this thesis was the study of a recently developed class of picolinamide cinchona alkaloid derivatives for the synthesis of Rivastigmine, a biologically active compound used for the treatment of Alzheimer’s disease. Six 9-picolinamide-cinchona alkaloid derivatives were successfully synthesized through simple and effective methods. These catalysts were then applied in the enantioselective reduction of O-protected ketimines (intermediates of Rivastigmine). The hydrosilylation of the N-phenyl ketimines afforded good results with excellent yields and high enantioselectivities, while much lower values, in terms of both enantioselectivity and yield, were obtained in the reduction of N-benzyl ketimines. Preliminary studies on the immobilization of these organocatalysts to different solid supports were conducted, with the purpose of applying them in continuous flow systems, which to date has never been reported; RESUMO: No âmbito deste trabalho, foi estudada a síntese de um composto biologicamente ativo usado para o tratamento da doença de Alzheimer, Rivastigmina, usando uma classe de picolinamidas derivadas de alcaloides de cinchona recentemente desenvolvida. Seis 9-picolinamida derivados de alcaloides de cinchona foram preparados com êxito através de metodologias simples e eficazes. Os organocatalisadores foram posteriormente aplicados na redução enantiosseletiva de cetiminas O-protegidas (intermediários de Rivastigmina). Foram obtidos bons resultados na hidrossililação de N-fenilo cetiminas, com rendimentos excelentes e elevadas enantiosseletividades, enquanto a redução de N-benzilo cetiminas proporcionou valores muito mais baixos, tanto em termos de rendimento como de enantiosseletividade. Com o objetivo de serem aplicados em sistemas de fluxo contínuo, realizaram-se estudos preliminares sobre a imobilização destes organocatalisadores em diferentes suportes sólidos, a qual, ate à data, ainda não foi descrita na literatura.

Perfil conductual de las drogas de diseño MBDB, MDEA y PMA en modelos animales de agresión y ansiedad

MBDB, MDEA y PMA son tres drogas de diseño, estructuralmente similares al MDMA (“éxtasis”), que se han identificado en la composición de pastillas distribuidas como “éxtasis” en entornos recreativos durante los últimos treinta años. Estas feniletilaminas sintéticas presentan un perfil psicotrópico de tipo entactógeno (con capacidad para facilitar la proximidad, el contacto y la comunicación empática), similar al del MDMA en el modelo de discriminación de drogas. El MDMA ha sido objeto de un creciente interés científico y es, hasta la fecha, la única sustancia con un perfil entactógeno de la que se han investigado sus efectos conductuales en modelos animales de agresión y ansiedad, si bien sus resultados no siempre coinciden. Aunque existen algunas evidencias de que el MDMA puede tener efectos ansiolíticos en animales de laboratorio (Lin, Burden, Christie, & Johnston, 1999; Morley & McGregor, 2000; Ho, Pawlak, Guo, & Schwarting, 2004), en otros estudios se han observado alteraciones conductuales y correlatos neuroquímicos que sugieren un efecto ansiogénico (Bhattacharya, Bhattacharya & Ghosal, 1998; Gurtman, Morley, Li, Hunt, & McGregor, 2002; Maldonado & Navarro, 2000;; Navarro & Maldonado, 2002). Asimismo, en otros trabajos se ha señalado que el MDMA induce efectos antiagresivos (reducción de las conductas de amenaza y ataque), que se acompañan de un marcado aumento de las conductas de evitación/huida y defensa/sumisión, así como de una reducción de las conductas de investigación social, sugiriendo también la existencia de un perfil ansiogénico en los encuentros agonísticos entre ratones machos (Maldonado & Navarro, 2001; Navarro & Maldonado, 1999). En contraste, hasta la fecha la información experimental de las drogas MBDB, MDEA y PMA se limita a la evaluación de sus efectos conductuales sobre la conducta motora, así como algunos estudios sobre su metabolismo y posible mecanismo de acción. El objetivo general de este trabajo de investigación ha sido estudiar el perfil conductual de MBDB, MDEA y PMA en modelos animales de agresión y ansiedad. Para ello, se han examinado los efectos del MBDB (2, 4 y 8 mg/kg), MDEA (5, 10 y 20 mg/kg) y PMA (2, 4, 8 y 12 mg/kg) utilizando el modelo de agresión inducida por aislamiento y el modelo de ansiedad del laberinto elevado en cruz en ratones machos. Los resultados indican que estas sustancias en general comparten un perfil antiagresivo inespecífico. Esta falta de especificidad se debe en unos casos al aumento de las conductas de inmovilidad (4-12 mg/kg PMA), pero también a la presencia de propiedades ansiogénicas durante la interacción social, en especial con dosis elevadas, mientras que solo las dosis más bajas parecen aumentar la proximidad social, en especial la dosis menor de MBDB. Además, estas drogas parecen alterar el patrón conductual agonístico ofensivo (MBDB y MDEA) y defensivo (MBDB, MDEA y PMA), produciendo cambios diádicos que resultan coherentes con un aumento del nivel de conflicto y de ansiedad. En consonancia, los resultados del modelo del laberinto elevado en cruz indican que el MBDB produce un aumento de la ansiedad de menor intensidad que el producido por el MDMA. Sin embargo, MDEA y PMA parecen generar un estado de hipoexploración, y solo en dosis determinadas (20 mg/kg de MDEA y 4 mg/kg de PMA) muestran alteraciones discretas que sugieren un efecto ansiogénico débil, un perfil que en conjunto podría sugerir cierta similitud con alteraciones conductuales propias de los compuestos alucinógenos. Debido a la diferencia del perfil conductual del MDEA y PMA hallados en ambos modelos, sería necesario evaluar la ansiedad y su posible relación con la dosis y/o con la presencia de un oponente en la prueba en otros modelos experimentales. Lin, H. Q., Burden, P. M., Christie, M. J., & Johnston, G. A. R. (1999). The anxiogenic-like and anxiolytic-like effects of MDMA on mice in the elevated plus-maze: A comparison with amphetamine. Pharmacology, Biochemistry and Behavior, 62(3), 403-408. Morley, K. C., & McGregor, I. S. (2000). (±)-3,4-methylenedioxymethamphetamine (MDMA, 'ecstasy') increases social interaction in rats. European Journal of Pharmacology, 408(1), 41-49. Bhattacharya, S. K., Bhattacharya, A., & Ghosal, S. (1998). Anxiogenic activity of methylenedioxymethamphetamine (Ecstasy): An experimental study. Biogenic Amines, 14(3), 217-237. Gurtman, C. G., Morley, K. C., Li, K. M., Hunt, G. E., & McGregor, I. S. (2002). Increased anxiety in rats after 3,4-methylenedioxymethamphetamine: Association with serotonin depletion. European Journal of Pharmacology, 446(1-3), 89-96. Ho, Y., Pawlak, C. R., Guo, L., & Schwarting, R. K. W. (2004). Acute and long-term consequences of single MDMA administration in relation to individual anxiety levels in the rat. Behavioural Brain Research, 149(2), 135-144. Maldonado, E., & Navarro, J. F. (2000). Effects of 3,4-methylenedioxy-methamphetamine (MDMA) on anxiety in mice tested in the light/dark box. Progress in Neuro-Psychopharmacology and Biological Psychiatry, 24(3), 463-472. Maldonado, E., & Navarro, J. F. (2001b). MDMA ('ecstasy') exhibits an anxiogenic-like activity in social encounters between male mice. Pharmacological Research, 44(1), 27-31. Navarro, J. F., & Maldonado, E. (1999). Behavioral profile of 3,4-methylenedioxy-methamphetamine (MDMA) in agonistic encounters between male mice. Progress in Neuro-Psychopharmacology and Biological Psychiatry, 23(2), 327-334. Navarro, J. F., & Maldonado, E. (2002). Acute and subchronic effects of MDMA ("ecstasy") on anxiety in male mice tested in the elevated plus-maze. Progress in Neuro-Psychopharmacology and Biological Psychiatry, 26(6), 1151-1154.

Complexes cationiques POCOP de nickel : synthèse, caractérisation, réactivité et étude catalytique

Ce mémoire traite de la chimie des complexes pinceurs de nickel (II) cationiques ayant un ligand de type POCOP. Elle se divise en deux parties. La première traite de la synthèse, de la caractérisation et de la réactivité des complexes cationiques pinceurs de Ni(II) de type POCOP (POCOP = 1,3-bis(phosphinitobenzene), où C fait partie d’un cycle benzénique et est lié au métal, et P est un ligand phosphoré aussi lié au métal). Ces complexes ont un ligand acétonitrile coordonné au centre métallique et sont du type [(R-POCOPR’)Ni(NCMe)][OSO2CF3], où R est un substituant du cycle benzénique et R’ est un substituant sur le ligand phosphoré (R’ = iPr: R = H (1), p-Me(2), p-OMe(3), p-CO2Me(4), p-Br(5), m,m-tBu2(6), m-OMe(7), m-CO2Me(8); R’ = t-Bu : R = H (9), p-CO2Me(10)). Les complexes cationiques sont préparés en faisant réagir le dérivé Ni(II) neutre correspondant R-(POCOPR’)Ni-Br avec Ag(OSO2CF3¬) dans l’acétonitrile à température ambiante. L’impact des groupements R et R’ du ligand POCOP sur la structure et sur les propriétées électroniques du complexe a été étudié par spectroscopies RMN, UV-VIS et IR, analyse électrochimique, et diffraction des rayons X. Les valeurs de fréquence du lien C≡N (ν(C≡N)) augmentent avec le caractère électroattracteur du complexe, dans l’ordre 7 < 3 ~ 2 ~ 6 < 1 < 5 ~ 8 < 4 et 9 < 10. Ces résultats sont en accord avec le fait qu’une augmentation du caractère électrophile du centre métallique devrait résulter en une augmentation de la donation σ MeCN→Ni. De plus, les complexes cationiques montrent tous un potentiel d’oxydation Ni(II)/Ni(III) plus élevé que leurs analogues neutres Ni-Br. Ensuite, une étude d’équilibre entre un complexe neutre (R-POCOPR’)NiBr et un complexe cationique [(R-POCOPR’)Ni(NCMe)][OSO2CF3] démontre l’échange facile des ligands MeCN et Br. La deuxième partie de ce mémoire consiste en deux chapitres. Le premier (Chapitre 3) est une étude structurelle permettant une meilleure compréhension du mécanisme d’hydroamination des oléfines activées promue par les complexes présentés au chapitre 1, suivi de tentatives de synthèse de nouveaux composés POCOP cationiques comportant un ligand amine et nitrile, et de déplacement du groupement amine par un groupement nitrile. Le deuxième chapitre (4) décrit la réactivité et la cinétique de la réaction d’hydroamination et d’hydroalkoxylation d’oléfines activées, qui permet ainsi de mieux comprendre l’impact des différentes variables du système (groupements R et R’, température, substrats, solvent, etc.) sur la réactivité catalytique.

Complexes cationiques POCOP de nickel : synthèse, caractérisation, réactivité et étude catalytique

Ce mémoire traite de la chimie des complexes pinceurs de nickel (II) cationiques ayant un ligand de type POCOP. Elle se divise en deux parties. La première traite de la synthèse, de la caractérisation et de la réactivité des complexes cationiques pinceurs de Ni(II) de type POCOP (POCOP = 1,3-bis(phosphinitobenzene), où C fait partie d’un cycle benzénique et est lié au métal, et P est un ligand phosphoré aussi lié au métal). Ces complexes ont un ligand acétonitrile coordonné au centre métallique et sont du type [(R-POCOPR’)Ni(NCMe)][OSO2CF3], où R est un substituant du cycle benzénique et R’ est un substituant sur le ligand phosphoré (R’ = iPr: R = H (1), p-Me(2), p-OMe(3), p-CO2Me(4), p-Br(5), m,m-tBu2(6), m-OMe(7), m-CO2Me(8); R’ = t-Bu : R = H (9), p-CO2Me(10)). Les complexes cationiques sont préparés en faisant réagir le dérivé Ni(II) neutre correspondant R-(POCOPR’)Ni-Br avec Ag(OSO2CF3¬) dans l’acétonitrile à température ambiante. L’impact des groupements R et R’ du ligand POCOP sur la structure et sur les propriétées électroniques du complexe a été étudié par spectroscopies RMN, UV-VIS et IR, analyse électrochimique, et diffraction des rayons X. Les valeurs de fréquence du lien C≡N (ν(C≡N)) augmentent avec le caractère électroattracteur du complexe, dans l’ordre 7 < 3 ~ 2 ~ 6 < 1 < 5 ~ 8 < 4 et 9 < 10. Ces résultats sont en accord avec le fait qu’une augmentation du caractère électrophile du centre métallique devrait résulter en une augmentation de la donation σ MeCN→Ni. De plus, les complexes cationiques montrent tous un potentiel d’oxydation Ni(II)/Ni(III) plus élevé que leurs analogues neutres Ni-Br. Ensuite, une étude d’équilibre entre un complexe neutre (R-POCOPR’)NiBr et un complexe cationique [(R-POCOPR’)Ni(NCMe)][OSO2CF3] démontre l’échange facile des ligands MeCN et Br. La deuxième partie de ce mémoire consiste en deux chapitres. Le premier (Chapitre 3) est une étude structurelle permettant une meilleure compréhension du mécanisme d’hydroamination des oléfines activées promue par les complexes présentés au chapitre 1, suivi de tentatives de synthèse de nouveaux composés POCOP cationiques comportant un ligand amine et nitrile, et de déplacement du groupement amine par un groupement nitrile. Le deuxième chapitre (4) décrit la réactivité et la cinétique de la réaction d’hydroamination et d’hydroalkoxylation d’oléfines activées, qui permet ainsi de mieux comprendre l’impact des différentes variables du système (groupements R et R’, température, substrats, solvent, etc.) sur la réactivité catalytique.

Déterminants de la distribution subcellulaire et tissulaire de médicaments cationiques lysosomotropiques et leur effet antiprolifératif

La concentration des médicaments cationiques dans les compartiments acides de la cellule est bien connue. Nous avons tenté d’expliquer davantage certains aspects encore inconnus au sujet de cette réaction cellulaire. En premier lieu, nous avons étudié l’accumulation subcellulaire et in vivo d’un médicament cationique fluorescent, la quinacrine, dans un modèle murin. L’accumulation cellulaire de la quinacrine dans les fibroblastes dermiques de souris induisait une inhibition du flux autophagique, ainsi qu’une lysosomogénèse. L’administration de la quinacrine in vivo démontrait une distribution hétérogène et une augmentation autophagique et lysosomale dans les poumons. En deuxième lieu, l’effet cytostatique et cytotoxique d’une série de médicaments cationiques lysosomotropiques furent étudiés dans une série de lignées cellulaires. Une série de 6 triéthylamines substituées furent choisies afin d’étudier davantage l’effet cytostatique de l’ion trapping. L’accumulation du marqueur autophagique LC3 II, le marqueur apoptotique PARP1, la cytotoxicité, le cycle cellulaire et la fonction endocytose furent étudiés plus en détails dans la lignée tumorale U937. Chacun des médicaments cationiques démontrait un effet antiprolifératif significatif, mais aucun signe de cytotoxicité n’était observé à certains niveaux de concentrations. Un cotraitement avec les inhibiteurs de cholestérol, β-cyclodextrine et lovastatine, renversait partiellement l’effet antiprolifératif des amines. L’intensité de l’effet antiprolifératif induit par les médicaments cationiques est clairement prédite par leur puissance de l’inhibition du flux autophagique et par la liposolubilité. L’accumulation tissulaire de la quinacrine et l’effet cytostatique prédit par l’inhibition du flux autophagique et par la liposolubilité des amines substituées offre des possibilités d’application dans le domaine de l’oncologie et de la pharmacocinétique des nombreux médicaments concernés.