Réaction d’amination intramoléculaire de liens C-H à partir de N-mésyloxycarbamates catalysée par des complexes de rhodium et d’autres métaux de transition : s ynthèse verte d’oxazolidinones

La réaction d’amination de liens C-H, impliquant la transformation directe d’un lien C-H en lien C-N constitue une approche synthétique d’avenir pour la préparation de composés azotés. L’application de cette stratégie de manière intramoléculaire apparaît comme une approche puissante pour la synthèse de composés hétérocycliques. En particulier, les oxazolidinones, carbamates cycliques à cinq chaînons, constituant une nouvelle classe d’antibiotiques très prometteuse, pourraient être synthétisées par cette méthode. Il y a moins d’une dizaine d’années, notre groupe de recherche a travaillé sur le développement de méthodologies utilisant des espèces nitrènes métalliques pour l’amination intra et intermoléculaire. Les N-tosyloxycarbamates, en présence d’une base et d’un catalyseur dimère de rhodium (II) tétracarboxylate sont les précurseurs de ces espèces nitrènes métalliques, capables de faire l’insertion de liens C(sp3)-H. Dans ces travaux de thèse, nous avons travaillé sur le développement d’une méthode plus « verte » d’amination intramoléculaire. Les N-mésyloxycarbamates, plus légers que leurs homologues N-tosyloxycarbamates, ont été identifiés comme d’excellents précurseurs de nitrènes. La méthodologie développée ne nécessite que 3 mol % de dimère de rhodium Rh2(tpa)4 et de 1,5 équivalents de solution aqueuse saturée de K2CO3, le tout dans l’acétate d’éthyle et donne de bons rendements de cyclisation. Une étude de l’étendue réactionnelle a été effectuée, montrant la tolérance et les limitations de notre système catalytique : les hétéroatomes ne posent pas de problèmes hormis l’atome d’azote, qui doit être protégé afin de garantir la transformation. En outre, nous avons constaté que les liens C-H aliphatiques secondaires sont moins réactifs que les liens tertiaires. Après avoir tenté de développer des conditions réactionnelles spécifiques aux liens C-H non activés, nous avons montré la possibilité d’aminer des liens C-H propargyliques de manière chimiosélective ; la triple liaison C-C peut ensuite être dérivatisée efficacement, donnant accès à la formule saturée correspondante ainsi qu’à d’autres motifs. Dans un désir de substituer les complexes de rhodium par d’autres complexes de métaux plus abondants et moins dispendieux, nous nous sommes tournés, dans un premier temps, vers les complexes de fer et par la suite, vers les pinceurs de nickel. Les phtalocyanines de fer ont été identifiées comme étant de bons catalyseurs de l’amination intramoléculaire de N-mésyloxycarbamates. Le chlorure de phtalocyanine de fer (III), en présence d’un sel de AgBF4 et de K2CO3, dans le 1,1,2,2-tétrachloroéthane anhydre, permet l’obtention de la 4-phenyloxazolidin-2-one avec 63% de rendement. En outre, il est possible d’atteindre un rendement de 49% à partir du même substrat N-mésyloxycarbamate, par catalyse avec un pinceur de nickel de type POCN, en présence d’un sel de mésylate. Des indices sur le mécanisme des ces deux transformations ont pu être recueillis lors de la courte étude de ces systèmes.

Design and synthesis of constrained azacyclic pyrrolidine analogues of FTY720 as anticancer agents & metal coordination-controlled and bifunctional catalysis toward tertiary β-Ketols

Cette thèse se compose en deux parties: Première Partie: La conception et la synthèse d’analogues pyrrolidiniques, utilisés comme agents anticancéreux, dérivés du FTY720. FTY720 est actuellement commercialisé comme médicament (GilenyaTM) pour le traitement de la sclérose en plaques rémittente-récurrente. Il agit comme immunosuppresseur en raison de son effet sur les récepteurs de la sphingosine-1-phosphate. A fortes doses, FTY720 présente un effet antinéoplasique. Cependant, à de telles doses, un des effets secondaires observé est la bradycardie dû à l’activation des récepteurs S1P1 et S1P3. Ceci limite son potentiel d’utilisation lors de chimiothérapie. Nos précédentes études ont montré que des analogues pyrrolidiniques dérivés du FTY720 présentaient une activité anticancéreuse mais aucune sur les récepteurs S1P1 et S1P3. Nous avons soumis l’idée qu’une étude relation structure-activité (SARs) pourrait nous conduire à la découverte de nouveaux agents anti tumoraux. Ainsi, deux séries de composés pyrrolidiniques (O-arylmethyl substitué et C-arylmethyl substitué) ont pu être envisagés et synthétisés (Chapitre 1). Ces analogues ont montré d’excellentes activités cytotoxiques contre diverses cellules cancéreuses humaines (prostate, colon, sein, pancréas et leucémie), plus particulièrement les analogues actifs qui ne peuvent pas être phosphorylés par SphK, présentent un plus grand potentiel pour le traitement du cancer sans effet secondaire comme la bradycardie. Les études mécanistiques suggèrent que ces analogues de déclencheurs de régulation négative sur les transporteurs de nutriments induisent une crise bioénergétique en affamant les cellules cancéreuses. Afin d’approfondir nos connaissances sur les récepteurs cibles, nous avons conçu et synthétisé des sondes diazirine basées sur le marquage d’affinité aux photons (méthode PAL: Photo-Affinity Labeling) (Chapitre 2). En s’appuyant sur la méthode PAL, il est possible de récolter des informations sur les récepteurs cibles à travers l’analyse LC/MS/MS de la protéine. Ces tests sont en cours et les résultats sont prometteurs. Deuxième partie: Coordination métallique et catalyse di fonctionnelle de dérivés β-hydroxy cétones tertiaires. Les réactions de Barbier et de Grignard sont des méthodes classiques pour former des liaisons carbone-carbone, et généralement utilisées pour la préparation d’alcools secondaires et tertiaires. En vue d’améliorer la réaction de Grignard avec le 1-iodobutane dans les conditions « one-pot » de Barbier, nous avons obtenu comme produit majoritaire la β-hydroxy cétone provenant de l’auto aldolisation de la 5-hexen-2-one, plutôt que le produit attendu d’addition de l’alcool (Chapitre 3). La formation inattendue de la β-hydroxy cétone a également été observée en utilisant d’autres dérivés méthyl cétone. Étonnement dans la réaction intramoléculaire d’une tricétone, connue pour former la cétone Hajos-Parrish, le produit majoritaire est rarement la β-hydroxy cétone présentant la fonction alcool en position axiale. Intrigué par ces résultats et après l’étude systématique des conditions de réaction, nous avons développé deux nouvelles méthodes à travers la synthèse sélective et catalytique de β-hydroxy cétones spécifiques par cyclisation intramoléculaire avec des rendements élevés (Chapitre 4). La réaction peut être catalysée soit par une base adaptée et du bromure de lithium comme additif en passant par un état de transition coordonné au lithium, ou bien soit à l’aide d’un catalyseur TBD di fonctionnel, via un état de transition médiée par une coordination bidenté au TBD. Les mécanismes proposés ont été corroborés par calcul DFT. Ces réactions catalytiques ont également été appliquées à d’autres substrats comme les tricétones et les dicétones. Bien que les efforts préliminaires afin d’obtenir une enantioselectivité se sont révélés sans succès, la synthèse et la recherche de nouveaux catalyseurs chiraux sont en cours.

Réaction d’amination intramoléculaire de liens C-H à partir de N-mésyloxycarbamates catalysée par des complexes de rhodium et d’autres métaux de transition : s ynthèse verte d’oxazolidinones

La réaction d’amination de liens C-H, impliquant la transformation directe d’un lien C-H en lien C-N constitue une approche synthétique d’avenir pour la préparation de composés azotés. L’application de cette stratégie de manière intramoléculaire apparaît comme une approche puissante pour la synthèse de composés hétérocycliques. En particulier, les oxazolidinones, carbamates cycliques à cinq chaînons, constituant une nouvelle classe d’antibiotiques très prometteuse, pourraient être synthétisées par cette méthode. Il y a moins d’une dizaine d’années, notre groupe de recherche a travaillé sur le développement de méthodologies utilisant des espèces nitrènes métalliques pour l’amination intra et intermoléculaire. Les N-tosyloxycarbamates, en présence d’une base et d’un catalyseur dimère de rhodium (II) tétracarboxylate sont les précurseurs de ces espèces nitrènes métalliques, capables de faire l’insertion de liens C(sp3)-H. Dans ces travaux de thèse, nous avons travaillé sur le développement d’une méthode plus « verte » d’amination intramoléculaire. Les N-mésyloxycarbamates, plus légers que leurs homologues N-tosyloxycarbamates, ont été identifiés comme d’excellents précurseurs de nitrènes. La méthodologie développée ne nécessite que 3 mol % de dimère de rhodium Rh2(tpa)4 et de 1,5 équivalents de solution aqueuse saturée de K2CO3, le tout dans l’acétate d’éthyle et donne de bons rendements de cyclisation. Une étude de l’étendue réactionnelle a été effectuée, montrant la tolérance et les limitations de notre système catalytique : les hétéroatomes ne posent pas de problèmes hormis l’atome d’azote, qui doit être protégé afin de garantir la transformation. En outre, nous avons constaté que les liens C-H aliphatiques secondaires sont moins réactifs que les liens tertiaires. Après avoir tenté de développer des conditions réactionnelles spécifiques aux liens C-H non activés, nous avons montré la possibilité d’aminer des liens C-H propargyliques de manière chimiosélective ; la triple liaison C-C peut ensuite être dérivatisée efficacement, donnant accès à la formule saturée correspondante ainsi qu’à d’autres motifs. Dans un désir de substituer les complexes de rhodium par d’autres complexes de métaux plus abondants et moins dispendieux, nous nous sommes tournés, dans un premier temps, vers les complexes de fer et par la suite, vers les pinceurs de nickel. Les phtalocyanines de fer ont été identifiées comme étant de bons catalyseurs de l’amination intramoléculaire de N-mésyloxycarbamates. Le chlorure de phtalocyanine de fer (III), en présence d’un sel de AgBF4 et de K2CO3, dans le 1,1,2,2-tétrachloroéthane anhydre, permet l’obtention de la 4-phenyloxazolidin-2-one avec 63% de rendement. En outre, il est possible d’atteindre un rendement de 49% à partir du même substrat N-mésyloxycarbamate, par catalyse avec un pinceur de nickel de type POCN, en présence d’un sel de mésylate. Des indices sur le mécanisme des ces deux transformations ont pu être recueillis lors de la courte étude de ces systèmes.

Über Oxydation durch Schimmelpilze ...

Lebenslauf.

High throughput determination of sequence-function relationships in protein and RNA

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

Acyl glucuronide reactivity in perspective: biological consequences

The metabolic conjugation of exogenous and endogenous carboxylic acid substrates with endogenous glucuronic acid, mediated by the uridine diphosphoglucuronosyl transferase (UGT) superfamily of enzymes, leads to the formation of acyl glucuronide metabolites. Since the late 1970s, acyl glucuronides have been increasingly identified as reactive electrophilic metabolites, capable of undergoing three reactions: intramolecular rearrangement, hydrolysis, and intermolecular reactions with proteins leading to covalent drug-protein adducts. This essential dogma has been accepted for over a decade. The key question proposed by researchers, and now the pharmaceutical industry, is: does or can the covalent modification of endogenous proteins, mediated by reactive acyl glucuronide metabolites, lead to adverse drug reactions, perhaps idiosyncratic in nature? This review evaluates the evidence for acyl glucuronide-derived perturbation of homeostasis, particularly that which might result from the covalent modification of endogenous proteins and other macromolecules. Because of the availability of acyl glucuronides for test tube/in vitro experiments, there is now a substantial literature documenting their rearrangement, hydrolysis and covalent modification of proteins in vitro. It is certain from in vitro experiments that serum albumin, dipeptidyl peptidase IV, tubulin and UGTs are covalently modified by acyl glucuronides. However, these in vitro experiments have been specifically designed to amplify any interference with a biological process in order to find biological effects. The in vivo situation is not at all clear. Certainly it must be concluded that all humans taking carboxylate drugs that form reactive acyl glucuronides will form covalent drug-protein adducts, and it must also be concluded that this in itself is normally benign. However, there is enough in vivo evidence implicating acyl glucuronides, which, when backed up by in vivo circumstantial and documented in vitro evidence, supports the view that reactive acyl glucuronides may initiate toxicity/immune responses. In summary, though acyl glucuronide-derived covalent modification of endogenous macromolecules is well-defined, the work ahead needs to provide detailed links between such modification and its possible biological consequences. (C) 2003 Elsevier Science Ireland Ltd. All rights reserved.

Short peptide alpha helices induced by multiple metal clips

Alpha helices are key structural components of proteins and important recognition motifs in biology. New techniques for stabilizing short peptide helices could be valuable for studying protein folding, modeling proteins, creating artificial proteins, and may aid the design of inhibitors or mimics of protein function. We previously reported* that 5-15 residue peptides, corresponding to the Zn-binding domain of thermolysin, react with [Pd(en)(ONO,),]in DMF-d’ and 90% H,O 10% DzO to form a 22-membered [Pd(en)(H*ELTH*)]2+ macrocycle that is helical in solution and acts as a template in nucleating helicity in both Cand N- terminal directions within the longer sequences in DMF. ~f~~&g7$$& d&qx~m ~. y AC&q& In water, however, there was less a-helicity observed, testifying to #..q,& &$--Lb &l-- &.$;,J~p?:~~q&~+~~ ’ w w the difficulty of fixing intramolecular amide NH...OC H-bonds in 6,“;;” ( k.$ U”C.a , p d$. competition with the H-bond donor solvent water. To expand the utility of [Pd(en)(H*XXXH*)]*+ as a helix- @r4”8 & oJ#:& &G& @-qd ,‘d@-gyp promoting module in solution, we now report the result that Ac- ‘$4: %$yyy + H*ELTH*H*VTDH*-NH,(l), AC-H*ELTH*AVTDYH*ELTH*- NH, (2) and AC-H*AAAH*H*ELTH*H*VTDH*-NH* (3) react with multiple equivalents of [Pd(en)(ONO,),] to produce exclusively 4-6 respectively in both DMF-d7 and water (90% Hz0 10% D,O). Mass spectrometry, 15N- and 2D ‘H- NMR spectroscopy, and CD spectra were used to characterise the structures 4-6, and their three dimensional structures were calculated from NOE restraints using simulated annealing protocols. Results demonstrate (a) selective coordination of metal ions at (i, i+4) histidine positions in water and DMF, (b) incorporation of 2 and 3 a turn-mimicking modules [Pd(en)(HELTH)]2+ in lo-15 residue peptides, and (c) facile conversion of unstructured peptides into 3- and 4- turn helices of macrocycles, with well defined a-helicity throughout and more structure in DMF than in water.

Designing supramolecular structures from models of cyclic peptide scaffolds with heterocyclic constraints

Cyclic peptides containing oxazole and thiazole heterocycles have been examined for their capacity to be used as scaffolds in larger, more complex, protein-like structures. Both the macrocyclic scaffolds and the supramolecular structures derived therefrom have been visualised by molecular modelling techniques. These molecules are too symmetrical to examine structurally by NMR spectroscopy. The cyclic hexapeptide ([Aaa-Thz](3), [Aaa-Oxz](3)) and cyclic octapeptide ([Aaa-Thz](4), [Aaa-Oxz](4)) analogues are composed of dipeptide surrogates (Aaa: amino acid, Thz: thiazole, Oxz: oxazole) derived from intramolecular condensation of cysteine or serine/threonine side chains in dipeptides like Aaa-Cys, Aaa-Ser and Aaa-Thr. The five-membered heterocyclic rings, like thiazole, oxazole and reduced analogues like thiazoline, thiazolidine and oxazoline have profound influences on the structures and bioactivities of cyclic peptides derived therefrom. This work suggests that such constrained cyclic peptides can be used as scaffolds to create a range of novel protein-like supramolecular structures (e.g. cylinders, troughs, cones, multi-loop structures, helix bundles) that are comparable in size, shape and composition to bioactive surfaces of proteins. They may therefore represent interesting starting points for the design of novel artificial proteins and artificial enzymes. (C) 2002 Elsevier Science Inc. All rights reserved.

The crystal structures of Klebsiella pneumoniae acetolactate synthase with enzyme-bound cofactor and with an unusual intermediate

Acetohydroxyacid synthase (AHAS) and acetolactate synthase (ALS) are thiamine diphosphate (ThDP)-dependent enzymes that catalyze the decarboxylation of pyruvate to give a cofactor-bound hydroxyethyl group, which is transferred to a second molecule of pyruvate to give 2-acetolactate. AHAS is found in plants, fungi, and bacteria, is involved in the biosynthesis of the branched-chain amino acids, and contains non-catalytic FAD. ALS is found only in some bacteria, is a catabolic enzyme required for the butanediol fermentation, and does not contain FAD. Here we report the 2.3-Angstrom crystal structure of Klebsiella pneumoniae ALS. The overall structure is similar to AHAS except for a groove that accommodates FAD in AHAS, which is filled with amino acid side chains in ALS. The ThDP cofactor has an unusual conformation that is unprecedented among the 26 known three-dimensional structures of nine ThDP-dependent enzymes, including AHAS. This conformation suggests a novel mechanism for ALS. A second structure, at 2.0 Angstrom, is described in which the enzyme is trapped halfway through the catalytic cycle so that it contains the hydroxyethyl intermediate bound to ThDP. The cofactor has a tricyclic structure that has not been observed previously in any ThDP-dependent enzyme, although similar structures are well known for free thiamine. This structure is consistent with our proposed mechanism and probably results from an intramolecular proton transfer within a tricyclic carbanion that is the true reaction intermediate. Modeling of the second molecule of pyruvate into the active site of the enzyme with the bound intermediate is consistent with the stereochemistry and specificity of ALS.

Electron transfer in acetohydroxy acid synthase as a side reaction of catalysis. implications for the reactivity and partitioning of the carbanion/enamine form of (alpha-hydroxyethyl)thiamin diphosphate in a "nonredox" flavoenzyme

Acetohydroxy acid synthases (AHAS) are thiamin diphosphate- (ThDP-) and FAD-dependent enzymes that catalyze the first common step of branched-chain amino acid biosynthesis in plants, bacteria, and fungi. Although the flavin cofactor is not chemically involved in the physiological reaction of AHAS, it has been shown to be essential for the structural integrity and activity of the enzyme. Here, we report that the enzyme-bound FAD in AHAS is reduced in the course of catalysis in a side reaction. The reduction of the enzyme-bound flavin during turnover of different substrates under aerobic and anaerobic conditions was characterized by stopped-flow kinetics using the intrinsic FAD absorbance. Reduction of enzyme-bound FAD proceeds with a net rate constant of k' = 0.2 s(-1) in the presence of oxygen and approximately 1 s(-1) under anaerobic conditions. No transient flavin radicals are detectable during the reduction process while time-resolved absorbance spectra are recorded. Reconstitution of the binary enzyme-FAD complex with the chemically synthesized intermediate 2-(hydroxyethyl)-ThDP also results in a reduction of the flavin. These data provide evidence for the first time that the key catalytic intermediate 2-(hydroxyethyl)ThDP in the carbanionic/enamine form is not only subject to covalent addition of 2-keto acids and an oxygenase side reaction but also transfers electrons to the adjacent FAD in an intramolecular redox reaction yielding 2-acetyl-ThDP and reduced FAD. The detection of the electron transfer supports the idea of a common ancestor of acetohydroxy acid synthase and pyruvate oxidase, a homologous ThDP- and FAD-dependent enzyme that, in contrast to AHASs, catalyzes a reaction that relies on intercofactor electron transfer.

Mesoionic 1,3-oxazinium olates. Rearrangement to acylketenes and 3-azabicyclo[3.1.1]heptanetriones

Metastable but isolable mesoionic 1,3-oxazinium 4-olates 9d-f undergo ring opening to acylketenes 10 at or near room temperature. The ketenes undergo intramolecular criss-cross [2 + 2] cycloaddition to afford 3-azabicyclo[3.1.1]heptanetriones 12. The structure of 12d was established by X-ray crystallography.

Investigating direct routes to an advanced intermediate for the synthesis of C-20 diterpene alkaloids

Rapid access to the ABCE ring system of the C-20 diterpene alkaloids was achieved by silver (I) promoted intramolecular Friedel-Crafts arylation of a functional group specific 5-bromo-3-azabicyclo[3.3.1]nonane derivative. (c) 2005 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Intra- vs intermolecular photoinduced electron transfer reactions of a macrocyclic donor-acceptor dyad

The synthesis, structural characterization, and photophysical behavior of a 14-membered tetraazamacrocycle with pendant 4-dimethylaminobenzyl (DMAB) and 9-anthracenylmethyl groups is reported (L-3, 6-((9-anthracenylmethyl)amino)-trans-6,13-dimethyl-13-((4-dimethylaminobenzyl)amino)-1,4,8,11-tetraaza-cyclotetradecane). In its free base form, this compound displays rapid intramolecular photoinduced electron transfer (PET) quenching of the anthracene emission, with both the secondary amines and the DMAB group capable of acting as electron donors. When complexed with Zn(II), the characteristic fluorescence of the anthracene chromophore is restored as the former of these pathways is deactivated by coordination. Importantly, it is shown that the DMAB group, which remains uncoordinated and PET active, acts only very weakly to quench emission, by comparison to the behavior of a model Zn complex lacking the pendant DMAB group, [ZnL2](2+) (Chart 1). By contrast, Stern-Volmer analysis of intermolecular quenching of [ZnL2](2+) by N,N-dimethylaniline (DMA) has shown that this reaction is diffusion limited. Hence, the pivotal role of the bridge in influencing intramolecular PET is highlighted.

Agonists and antagonists of protease activated receptors (PARs)

Protease activated receptors (PARs) are a category of G-protein coupled receptors (GPCRs) implicated in the progression of a wide range of diseases, including thrombosis, inflammatory disorders, and proliferative diseases. Signal transduction via PARs proceeds via an unusual activation mechanism. Instead of being activated through direct interaction with an extracellular signal like most GPCRs. they are self-activated following cleavage of their extracellular N-terminus by serine proteases to generate a new receptor N-terminus that acts as an intramolecular ligand by folding back onto itself and triggering receptor activation. Short synthetic peptides corresponding to this newly exposed N-terminal tethered ligand can activate three of the four known PARs in the absence of proteases. and such PAR activating peptides (PAR-APs) have served as templates for agonist/antagonist development. In fact much of the evidence for involvement of PARs in diseases has relied upon use of PAR-APs. often of low potency and uncertain selectivity. This review summarizes current structures of PAR agonists and antagonists, the need for more selective and more potent PAR ligands that activate or antagonize this intriguing class of receptors, and outlines the background relevant to PAR activation, assay methods, and physiological properties anticipated for PAR ligands.

Hypervalent iodine in synthesis 93. A facile synthesis of 2-substituted imidazo[1,2-a]pyrimidines by cyclocondensation of alkynyl(phenyl)iodonium salts and 2-aminopyrimidine

Simple stirring of a mixture of the alkynyl(phenyl)iodonium salts 1 with 2-aminopyrimidine 2 in chloroform under reflux for two hours in the presence of K2CO3 gave, after workup, the 2-substituted imidazo[1,2-]pyrimidines 3 in moderate to good yields. A possible mechanism for the formation of 3 involves the intramolecular cyclization of the intermediate alkylidenecarbene 6.