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.

Bifunctional organorhodium solid acid catalysts for methanol carbonylation

Robust, bifunctional catalysts comprising Rh(CO)(Xantphos) exchanged phosphotungstic acids of general formulas [Rh(CO)(Xantphos)]+n[H3–nPW12O40]n− have been synthesized over silica supports which exhibit tunable activity and selectivity toward direct vapor phase methanol carbonylation. The optimal Rh:acid ratio = 0.5, with higher rhodium concentrations increasing the selectivity to methyl acetate over dimethyl ether at the expense of lower acidity and poor activity. On-stream deactivation above 200 °C reflects Rh decomplexation and reduction to Rh metal, in conjunction with catalyst dehydration and loss of solid acidity because of undesired methyl acetate hydrolysis, but can be alleviated by water addition and lower temperature operation.

Carbon nanotube-supported metal catalysts for NOx reduction using hydrocarbon reductants. Part 1:catalyst preparation, characterization and NOx reduction characteristics

A dual catalyst system for the Selective Catalytic Reduction of NOx with hydrocarbons (HC-SCR), including distinct low and high temperature formulations, is proposed as a means to abate NOx emissions from diesel engines. Given that satisfactory high temperature HC-SCR catalysts are already available, this work focuses on the development of an improved low temperature formulation. Pt supported on multiwalled carbon nantubes (MWCNTs) was found to exhibit superior NOx reduction activity in comparison with Pt/Al2O3, while the MWCNT support displayed a higher resistance to oxidation than activated carbon. Refluxing the MWCNT support in a 1:1 mixture of H2SO4 and HNO3 prior to the metal deposition step proved to be beneficial for the metal dispersion and the NOx reduction performance of the resulting catalysts. This support effect is ascribed to the increased Brønsted acidity of the acid-treated MWCNTs, which in turn enhances the partial oxidation of the hydrocarbon reductant. Further improvements in the HC-SCR performance of MWCNT-based formulations were achieved using a 3:1 Pt–Rh alloy as the supported phase.

Coordination of phosphido-boratabenzene ligands to transition metals

Environ 90% des composés produits industriellement sont fabriqués à l’aide de catalyseurs. C’est pourquoi la conception de catalyseurs toujours plus performants pour améliorer les procédés industriels actuels est toujours d’intérêt. De la grande variété de complexes avec des métaux de transition rapportés jusqu’à présent, les complexes zwitterioniques attirent notre attention par leurs activités catalytiques souvent supérieures aux complexes cationiques normaux. Un complexe métallique zwitterionique est un fragment métal-ligand neutre où la charge positive est située sur le centre métallique et où la charge négative est délocalisée sur un des ligands liés au métal. Nous proposons la synthèse de ligands anioniques phosphine comportant des groupements borates et boratabenzènes. Cette dernière espèce est un cycle à 6 membres où l’un des atomes de carbone est remplacé par un atome de bore et qui est négativement chargé. La capacité de ces phosphines anioniques à se lier à un centre métallique à l’aide de la paire libre du phosphore est due à la nature du lien P-B qui défavorise l’interaction entre la paire libre du phosphore et l’orbitale p vide du bore. Les propriétés de di-tert-butylphosphido-boratabenzène (DTBB) comme ligand phosphine anionique hautement donneur et encombré ainsi que la découverte de ses modes de coordination inhabituels pour stabiliser les métaux de transition insaturés ont été étudiés au cours de ce travail. De nouvelles perspectives sur les modes de coordination de phosphido-boratabenzène et la force de l’interaction du lien P-B seront discutées ainsi que les applications catalytiques. Nous avons d’abord étudié la coordination η1 avec des complexes de fer, ce qui nous a fourni des données quantitatives précieuses sur la capacité du DTBB d’agir comme ligand très donneur par rapport aux autres ligands donneurs bien connus. La capacité du DTBB à changer de mode de coordination pour soutenir les besoins électroniques du métal a été démontrée par la découverte d’une nouvelle espèce ferrocenyl phosphido-boratabenzène et sa nucléophilie a été étudiée. Au meilleur de notre connaissance, aucun exemple d’un ligand boratabenzène coordonné aux métaux du groupe 11 n’existe dans la littérature. Voilà pourquoi nous avons décidé d’explorer les modes de coordination du ligand DTBB avec Cu(I), Ag(I) et Au(I). A notre grande surprise, le ligand DTBB est capable de stabiliser les métaux du groupe 11 aux états d’oxydation faibles par une liaison MP qui est une coordination du type η1, un mode de coordination guère observé pour les ligands boratabenzène. Pendant nos travaux, notre attention s’est tournée vers la synthèse d’un complexe de rhodium(I) afin de tester son utilité en catalyse. A notre grande satisfaction, le complexe Rh-DTBB agit comme un précatalyseur pour l’hydrogénation des alcènes et alcynes à la température ambiante et à pression atmosphérique et son activité est comparable à celle du catalyseur de Wilkinson. Dans un désir d’élargir les applications de notre recherche, notre attention se tourna vers l’utilisation des composés du bore autres que le boratabenzène. Nous avons décidé de synthétiser une nouvelle espèce phosphido-borate encombrée. Lorsqu’elle réagit avec des métaux, l’espèce phosphido-borate subit un clivage de la liaison P-B. Toutefois, cette observation met en évidence la singularité et les avantages de la stabilité de la liaison P-B lors de l’utilisation du fragment boratabenzène. Ces observations enrichissent notre compréhension des conditions dans lesquelles la liaison P-B du ligand DTBB peut être clivée. Ces travaux ont mené à la découverte d’un nouveau ligand ansa-boratabenzène avec une chimie de coordination prometteuse.

Study of Co-based hydrotalcite-derived mixed metal oxides partially modified with silver as potential catalysts for N2O decomposition

Co-Al-Ox mixed metal oxides partially modified with Cu or Mg, as well as Ag were successfully prepared, characterized and evaluated as potential catalysts for the N2O decomposition. The materials were characterized by the following techniques: X-Ray Diffraction, Thermogravimetric Analysis (TGA), N2 Physisorption, Hydrogen Temperature-Programmed Reduction (H2-TPR), and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). Ag-modified HT-derived mixed oxides showed enhanced activity compared to the undoped materials, the optimum composition was found for (1 wt.% Ag)CHT-Co3Al. The catalyst characterization studies suggested that the improved catalytic activity of Ag-promoted catalysts were mainly because of the altered redox properties of the materials.

Influence of the metal precursor on the catalytic behavior of Pt/Ceria catalysts in the preferential oxidation of CO in the presence of H2 (PROX)

The effect of the metal precursor (presence or absence of chlorine) on the preferential oxidation of CO in the presence of H2 over Pt/CeO2 catalysts has been studied. The catalysts are prepared using (Pt(NH3)4)(NO3)2 and H2PtCl6, as precursors, in order to ascertain the effect of the chlorine species on the chemical properties of the support and on the catalytic behavior of these systems in the PROX reaction. The results show that chloride species exert an important effect on the redox properties of the oxide support due to surface chlorination. Consequently, the chlorinated catalyst exhibits a poorer catalytic activity at low temperatures compared with the chlorine-free catalyst, and this is accompanied by a higher selectivity to CO2 even at high reaction temperatures. It is proposed that the CO oxidation mechanism follows different pathways on each catalyst.

Green synthesis of polypyrrole-supported metal catalysts: application to nitrate removal in water

Pt and Pt/Sn catalysts supported on polypyrrole (PPy) have been prepared using Ar plasma to reduce the metal precursors dispersed on the polymer. The PPy support was synthesized by chemical polymerization of pyrrole with FeCl3·6H2O, this leading to the conducting form of the polymer (conductimetric measurements). The Ar plasma treatment produced a partial reduction of platinum ions, anchored as platinum chloro-complexes to the PPy chain, into metallic platinum. A homogeneous distribution of Pt and Sn nanoparticles was observed by TEM. Activity of the PPy-supported catalysts was evaluated in the reduction of aqueous nitrate with H2 at room temperature. Nitrate concentration in water below the maximum acceptable level of 50 mg L−1 was achieved with all catalysts. However, considering not only efficiency in nitrate reduction, but also minimized concentrations of undesired nitrite and ammonium, the monometallic Pt catalyst seems to be the most promising one.

Insulator-to-metal transition in vanadium supersaturated silicon: variable-range hopping and Kondo effect signatures

We report the observation of the insulator-to-metal transition in crystalline silicon samples supersaturated with vanadium. Ion implantation followed by pulsed laser melting and rapid resolidification produce high quality single-crystalline silicon samples with vanadium concentrations that exceed equilibrium values in more than 5 orders of magnitude. Temperature-dependent analysis of the conductivity and Hall mobility values for temperatures from 10K to 300K indicate that a transition from an insulating to a metallic phase is obtained at a vanadium concentration between 1.1 × 10^(20) and 1.3 × 10^(21) cm^(−3) . Samples in the insulating phase present a variable-range hopping transport mechanism with a Coulomb gap at the Fermi energy level. Electron wave function localization length increases from 61 to 82 nm as the vanadium concentration increases in the films, supporting the theory of impurity band merging from delocalization of levels states. On the metallic phase, electronic transport present a dispersion mechanism related with the Kondo effect, suggesting the presence of local magnetic moments in the vanadium supersaturated silicon material.

CO2 reforming of methane on Ni catalysts: Effects of the support phase and preparation technique

The effects of the support phase and catalyst preparation methods on catalytic activity and carbon deposition were systematically investigated over nickel catalysts supported on Al2O3, SiO2 and MgO for the reforming reaction of methane with carbon dioxide. It is found that the pore structure of the support and metal-support interaction significantly affected the catalytic activity and coking resistance. Catalyst with well-developed porosity exhibited higher catalytic activity. Strong interaction between metal and the support made the catalyst more resistant to sintering and coking, thus resulting in a longer time of catalyst stability. (C) 1998 Elsevier Science B.V.

Reforming of methane with carbon dioxide over Ni/Al2O3 catalysts: Effect of nickel precursor

The catalytic activities of Ni/gamma-Al2O3 catalysts prepared using different nickel precursor compounds were studied for the reaction of methane reforming with CO2. It is found that the nickel precursor employed in the catalyst preparation plays an important role. The catalyst based on nickel nitrate exhibited higher catalytic activity and stability over a 24-h test period than the other two catalysts derived from nickel chloride and nickel acetylacetonate. A comprehensive characterisation of the catalysts showed that the weak interaction between Ni particles and gamma-Al2O3 resulted in more active sites on Ni nitrate-derived Ni/gamma-Al2O3 catalyst. Coking studies showed that carbon deposition on Ni catalysts derived from inorganic precursors (nitrate and chloride) were more severe than on the organic precursor-derived catalyst. However, the Ni nitrate-derived catalyst was found to have the highest stability (or lowest deactivation rate) mainly due to the active carbon species (-C-C-) of the resulting graphitic structure and their close contact with the metal particles. In contrast, the carbon formed on Ni-AA catalyst (from Ni acetylacetonate) is dominated by inactive -CO-C- species, thus leading to a rapid accumulation of carbon in this catalyst and more severe deactivation. (C) 1998 Elsevier Science B.V.

Role of CeO2 in Ni/CeO2-Al2O3 catalysts for carbon dioxide reforming of methane

Ni catalysts supported on gamma-Al2O3, CeO2 and CeO2-A1(2)O(3) systems were tested for catalytic CO2 reforming of methane into synthesis gas. Ni/CeO2-Al2O3 catalysts showed much better catalytic performance than either CeO2- or gamma-Al2O3-supported Ni catalysts. CeO2 as a support for Ni catalysts produced a strong metal-support interaction (SMSI), which reduced the catalytic activity and carbon deposition. However, CeO2 had positive effect on catalytic activity, stability, and carbon suppression when used as a promoter in Ni/gamma-Al2O3 catalysts for this reaction. A weight loading of 1-5 wt% CeO2 was found to be the optimum. Ni catalysts with CeO2 promoters reduced the chemical interaction between nickel and support, resulting in an increase in reducibility and stronger dispersion of nickel. The stability and less coking on CeO2-promoted catalysts are attributed to the oxidative properties of CeO2. (C) 1998 Elsevier Science B.V. All rights reserved.

A comprehensive study on carbon dioxide reforming of methane over Ni/gamma-Al2O3 catalysts

Carbon dioxide reforming of methane into syngas over Ni/gamma-Al2O3 catalysts was systematically studied. Effects of reaction parameters on catalytic activity and carbon deposition over Ni/gamma-Al2O3 catalysts were investigated. It is found that reduced NiA1204, metal nickel, and active species of carbon deposited were the active sites for this reaction. Carbon deposition on Ni/gamma Al2O3 varied depending on the nickel loading and reaction temperature and is the major cause of catalyst deactivation. Higher nickel loading produced more coke on the catalysts, resulting in rapid deactivation and plugging of the reactor. At 5 wt % Ni/gamma-Al2O3 catalyst exhibited high activity and much lesser magnitude of deactivation in 140 h. Characterization of carbon deposits on the catalyst surface revealed that there are two kinds of carbon species (oxidized and -C-C-) formed during the reaction and they showed different reactivities toward hydrogenation and oxidation. Kinetic studies showed that the activation energy for CO production in this reaction amounted to 80 kJ/mol and the rate of CO production could be described by a Langmuir-Hinshelwood model.

Effects of promoters on catalytic activity and carbon deposition of Ni/gamma-Al2O3 catalysts in CO2 reforming of CH4

Catalytic reforming of methane with carbon dioxide was studied in a fixed-bed reactor using unpromoted and promoted Ni/gamma-Al2O3 catalysts. The effects of promoters, such as alkali metal oxide (Na2O), alkaline-earth metal oxides (MgO, CaO) and rare-earth metal oxides (La2O3, CeO2), on the catalytic activity and stability in terms of coking resistance and coke reactivity were systematically examined. CaO-, La2O3- and CeO2-promoted Ni/gamma-Al2O3 catalysts exhibited higher stability whereas MgO- and Na2O-promoted catalysts demonstrated lower activity and significant deactivation. Metal-oxide promoters (Na2O, MgO, La2O3, and CeO2) suppressed the carbon deposition, primarily due to the enhanced basicities of the supports and highly reactive carbon species formed during the reaction. In contrast, CaO increased the carbon deposition; however, it promoted the carbon reactivity. (C) 2000 Society of Chemical Industry.