Coinage Metal Complexes as Chiral Catalysts for 1,3-Dipolar Cycloadditions

In this account, we describe the experience of our research group in the implementation of chiral coinage metal complexes into the efficient enantioselective 1,3-DC of azomethine ylides derived from α-amino acids and azlactones with different dipolarophiles. The corresponding chiral metallodipoles were generated in situ and next focused on the synthesis of highly substituted prolines. For this purpose, privileged ligands such as phosphoramidites and binap with silver(I), gold(I) and copper(II) salts are described. Depending from the ligand and mainly from the metal salt it can be possible to control the facial endo/exo-diasteroselectivity and the enantioselectivity of these types of processes. The synthetic processes are also supported by DFT calculations in order to elucidate the most plausible mechanism and the stereochemical results.

Polymer-supported l-prolinol-based catalysts for the enantioselective addition of dialkylzinc reagents to N-(diphenylphosphinyl)imines

l-Prolinol-based ligands anchored to Merrifield or Wang-type resins have been shown to form efficient catalysts for the enantioselective addition of dialkylzinc reagents to N-(diphenylphosphinyl)imines. The enantioselectivity achieved with the polymeric catalyst (ee up to 88%) is slightly lower than the one obtained with the homogeneous ligand N-benzyl-l-prolinol, but the polymer-supported ligand presents the advantage of its recyclability: it can be recovered and used in up to six consecutive catalytic cycles with only a slight decrease in the enantiomeric excess. The phosphinamides obtained as addition products can be transformed into the corresponding enantiomerically enriched α-branched primary amines under mild acidic conditions.

Enantioselective Synthesis of Succinimides by Michael Addition of Aldehydes to Maleimides Organocatalyzed by Chiral Primary Amine-Guanidines

The monoguanylation of (1S,2S)- and (1R,2R)-cyclohexane-1,2-diamine affords chiral primary amine-guanidines that are used as chiral organocatalysts in the enantioselective Michael addition of aldehydes, particularly α,α-disubstituted aldehydes, to maleimides. The reaction is carried out in the presence of imidazole, as an additive, in aqueous N,N-dimethylformamide, as the solvent, and affords the corresponding enantioenriched succinimides in high or quantitative yields with enantioselectivities up to 96 % ee. Theoretical calculations (DFT and M06–2X) suggest a different hydrogen-bonding coordination pattern between the maleimide (C=O) and the catalyst (NH groups) is responsible for the enantioinduction switch that is observed when the reaction is carried out using primary amine-guanidines versus primary amine-thioureas as the organocatalysts.

Recent Advances in the Catalytic Enantioselective Reformatsky Reaction

This paper reviews the present state of the catalytic enantioselective Reformatsky reaction. Advancements in asymmetric versions of this reaction have recently led to a considerable extension of its scope and applicability, principally due to the use of highly active chiral ligands and very specific reaction conditions.

Hydrogen Peroxide in Biocatalysis. A Dangerous Liaison

Hydrogen peroxide is a substrate or side-product in many enzyme-catalyzed reactions. For example, it is a side-product of oxidases, resulting from the re-oxidation of FAD with molecular oxygen, and it is a substrate for peroxidases and other enzymes. However, hydrogen peroxide is able to chemically modify the peptide core of the enzymes it interacts with, and also to produce the oxidation of some cofactors and prostetic groups (e.g., the hemo group). Thus, the development of strategies that may permit to increase the stability of enzymes in the presence of this deleterious reagent is an interesting target. This enhancement in enzyme stability has been attempted following almost all available strategies: site-directed mutagenesis (eliminating the most reactive moieties), medium engineering (using stabilizers), immobilization and chemical modification (trying to generate hydrophobic environments surrounding the enzyme, to confer higher rigidity to the protein or to generate oxidation-resistant groups), or the use of systems capable of decomposing hydrogen peroxide under very mild conditions. If hydrogen peroxide is just a side-product, its immediate removal has been reported to be the best solution. In some cases, when hydrogen peroxide is the substrate and its decomposition is not a sensible solution, researchers coupled one enzyme generating hydrogen peroxide “in situ” to the target enzyme resulting in a continuous supply of this reagent at low concentrations thus preventing enzyme inactivation. This review will focus on the general role of hydrogen peroxide in biocatalysis, the main mechanisms of enzyme inactivation produced by this reactive and the different strategies used to prevent enzyme inactivation caused by this “dangerous liaison”.

Enantioselective aldol reactions with aqueous 2,2-dimethoxyacetaldehyde organocatalyzed by binam-prolinamides under solvent-free conditions

Aqueous 2,2-dimethoxyacetaldehyde (60% wt solution) is used as an acceptor in aldol reactions, with cyclic and acyclic ketones and aldehydes as donors, organocatalyzed by 10 mol % of N-tosyl-(Sa)-binam-l-prolinamide [(Sa)-binam-sulfo-l-Pro] at rt under solvent-free conditions. The corresponding monoprotected 2-hydroxy-1,4-dicarbonyl compounds are obtained in good yields and with high levels of diastereo- and enantioselectivity mainly as anti-aldols. In the case of 4-substituted cyclohexanones a desymmetrization process takes place to mainly afford the anti,anti-aldols. 2,2-Dimethyl-1,3-dioxan-5-one allows the synthesis of a useful intermediate for the preparation of carbohydrates in higher yield, de and ee than with l-Pro as the organocatalyst.

Chiral rhodium complexes covalently anchored on carbon nanotubes for enantioselective hydrogenation

Chiral rhodium hybrid nanocatalysts have been prepared by covalent anchorage of pyrrolidine-based diphosphine ligands onto functionalized CNTs. This work constitutes the first attempt at covalent anchoring of homogeneous chiral catalysts on CNTs. The catalysts, prepared with two different chiral phosphines, were characterized by ICP, XPS, N2 adsorption and TEM, and have been tested in the asymmetric hydrogenation of two different substrates: methyl 2-acetamidoacrylate and α-acetamidocinnamic acid. The hybrid nanocatalysts have shown to be active and enantioselective in the hydrogenation of α-acetamidocinnamic acid. A good recyclability of the catalysts with low leaching and without loss of activity and enantioselectivity was observed.

Non-covalent immobilization of RhDuphos on carbon nanotubes and carbon xerogels

The immobilization of the chiral complex RhDuphos, by electrostatic or π–π (adsorption) interactions, on carbon nanotubes and carbon xerogels is investigated. To promote such interactions, the supports were either oxidized or heat treated to create carboxylic type surface groups or an apolar surface, respectively. The catalysts were tested in the hydrogenation of methyl 2-acetamidoacrylate. The prepared hybrid catalysts are less active than the homogeneous RhDuphos, but most of them show a high enantioselectivity and the one prepared with the oxidized carbon xerogel is also reusable, being able to give a high substrate conversion, keeping as well a high enantioselectivity. The anchorage by electrostatic interactions is more interesting than the anchorage by π–π interactions, as the π–π adsorption method produces a modification of the metal complex structure leading to an active hybrid catalyst but without enantioselectivity. The creation of carboxylic groups on the support surface has led to some hindering of the complex leaching.

Enantioselective Synthesis of exo-4-Nitroprolinates from Nitro­alkenes and Azomethine Ylides Catalyzed by Chiral Phosphor­amidite·Silver(I) or Copper(II) Complexes

Chiral complexes formed by privileged phosphoramidites derived from chiral binol and optically pure Davies’ amines, and copper(II) triflate, silver(I) triflate or silver(I) benzoate are excellent catalysts for the general 1,3-dipolar cycloaddition between nitroalkenes and azomethine ylides generated from α-amino acid derived imino esters. These three methods can be conducted at room temperature to afford the exo-cycloadducts (4,5-trans-2,5-cis-4-nitroprolinates) with high diastereoselectivity and high enantioselectivity. In general, the three procedures are complementary but silver catalysts are more versatile and less sensitive to sterically congested starting materials.

Enantioselective Solvent-Free Synthesis of 3-Alkyl-3-hydroxy-2-oxoindoles Catalyzed by Binam-Prolinamides

BINAM-prolinamides are very efficient catalyst for the synthesis of non-protected and N-benzyl isatin derivatives by using an aldol reaction between ketones and isatins under solvent-free conditions. The results in terms of diastereo- and enantioselectivities are good, up to 99% de and 97% ee, and higher to those previously reported in the literature under similar reaction conditions. A high variation of the results is observed depending on the structure of the isatin and the ketone used in the process. While 90% of ee and 97% ee, respectively, is obtained by using (Ra)-BINAM-l-(bis)prolinamide as catalyst in the addition of cyclohexanone and α-methoxyacetone to free isatin, 90% ee is achieved for the reaction between N-benzyl isatin and acetone using N-tosyl BINAM-l-prolinamide as catalyst. This reaction is also carried out using a silica BINAM-l-prolinamide supported catalyst under solvent-free conditions, which can be reused up to five times giving similar results.

Neurospora crassa transcriptomics reveals oxidative stress and plasma membrane homeostasis biology genes as key targets in response to chitosan

Chitosan is a natural polymer with antimicrobial activity. Chitosan causes plasma membrane permeabilization and induction of intracellular reactive oxygen species (ROS) in Neurospora crassa. We have determined the transcriptional profile of N. crassa to chitosan and identified the main gene targets involved in the cellular response to this compound. Global network analyses showed membrane, transport and oxidoreductase activity as key nodes affected by chitosan. Activation of oxidative metabolism indicates the importance of ROS and cell energy together with plasma membrane homeostasis in N. crassa response to chitosan. Deletion strain analysis of chitosan susceptibility pointed NCU03639 encoding a class 3 lipase, involved in plasma membrane repair by lipid replacement, and NCU04537 a MFS monosaccharide transporter related to assimilation of simple sugars, as main gene targets of chitosan. NCU10521, a glutathione S-transferase-4 involved in the generation of reducing power for scavenging intracellular ROS is also a determinant chitosan gene target. Ca2+ increased tolerance to chitosan in N. crassa. Growth of NCU10610 (fig 1 domain) and SYT1 (a synaptotagmin) deletion strains was significantly increased by Ca2+ in the presence of chitosan. Both genes play a determinant role in N. crassa membrane homeostasis. Our results are of paramount importance for developing chitosan as an antifungal.

Omics for Investigating Chitosan as an Antifungal and Gene Modulator

Chitosan is a biopolymer with a wide range of applications. The use of chitosan in clinical medicine to control infections by fungal pathogens such as Candida spp. is one of its most promising applications in view of the reduced number of antifungals available. Chitosan increases intracellular oxidative stress, then permeabilizes the plasma membrane of sensitive filamentous fungus Neurospora crassa and yeast. Transcriptomics reveals plasma membrane homeostasis and oxidative metabolism genes as key players in the response of fungi to chitosan. A lipase and a monosaccharide transporter, both inner plasma membrane proteins, and a glutathione transferase are main chitosan targets in N. crassa. Biocontrol fungi such as Pochonia chlamydosporia have a low content of polyunsaturated free fatty acids in their plasma membranes and are resistant to chitosan. Genome sequencing of P. chlamydosporia reveals a wide gene machinery to degrade and assimilate chitosan. Chitosan increases P. chlamydosporia sporulation and enhances parasitism of plant parasitic nematodes by the fungus. Omics studies allow understanding the mode of action of chitosan and help its development as an antifungal and gene modulator.

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.

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.

Caveolin, cholesterol, and lipid bodies

In mammalian cells a complex interplay regulates the distribution of cholesterol between intracellular membrane compartments. One important aspect of cholesterol regulation is intracellular cholesterol storage in neutral lipid storage organelles called lipid droplets or lipid bodies (LBs). Recent work has thrust the LB into the limelight as a complex and dynamic cellular organelle. LBs play a crucial role in maintaining the cellular levels of cholesterol by regulating the interplay between lipid storage, hydrolysis and traffickin,-. Studies of caveolins, caveolar membrane proteins linked to lipid regulation, are providing new insights into the role of LBs in regulating cholesterol balance. (c) 2005 Elsevier Ltd. All rights reserved.