Copper-Catalyzed Asymmetric Alkylation of β-Keto Esters with Xanthydrols

The copper(II) triflate-tert-butyl-bisoxazoline [Cu(OTf)2-t-Bu-BOX]-catalyzed asymmetric alkylation of β-keto esters using free benzylic alcohols such as xanthydrols, as alkylating agents, is herein described for the first time. This green protocol renders in general the corresponding products with good results in terms of both yields and enantioselectivities using different keto esters, even when quaternary stereocenters were created. The scope, limitations and mechanistic aspects of the process are also discussed.

Biodiesel wastes: An abundant and promising source for the preparation of acidic catalysts for utilization in etherification reaction

Environmentally friendly sulfonated black carbon (BC) catalysts were prepared from biodiesel waste, glycerol. These black carbons (BCs) contain a high amount of acidic groups, mainly sulfonated and oxygenated groups. Furthermore, these catalysts show a high catalytic activity in the glycerol etherification reaction with tert-butyl alcohol, the activity being larger for the sample prepared with a higher glycerol:sulfuric acid ratio (1:3). The yield for mono-tert-butyl glycerol (MTBG), di-tert-butyl glycerol (DTBG) and tri-tert-butyl-glycerol (TTBG) were very similar to those obtained using a commercial resin, Amberlyst-15. Furthermore, experimental results show that the carbon with the lowest acidic surface group content, BC prepared in minor glycerol:sulfuric acid ratio (10:1), can be chemically treated after carbonization to achieve an improved catalytic activity. The activity of all BCs is high and very similar, about 50% and 20% for the MTBG and DTBG + TTBG, respectively.

Disintegrability under composting conditions of plasticized PLA–PHB blends

The disintegration under composting conditions of films based on poly(lactic acid)–poly(hydroxybutyrate) (PLA–PHB) blends and intended for food packaging was studied. Two different plasticizers, poly(ethylene glycol) (PEG) and acetyl-tri-n-butyl citrate (ATBC), were used to limit the inherent brittleness of both biopolymers. Neat PLA, plasticized PLA and PLA–PHB films were processed by melt-blending and compression molding and they were further treated under composting conditions in a laboratory-scale test at 58 ± 2 °C. Disintegration levels were evaluated by monitoring their weight loss at different times: 0, 7, 14, 21 and 28 days. Morphological changes in all formulations were followed by optical and scanning electron microscopy (SEM). The influence of plasticizers on the disintegration of PLA and PLA–PHB blends was studied by evaluating their thermal and nanomechanical properties by thermogravimetric analysis (TGA) and the nanoindentation technique, respectively. Meanwhile, structural changes were followed by Fourier transformed infrared spectroscopy (FTIR). The ability of PHB to act as nucleating agent in PLA–PHB blends slowed down the PLA disintegration, while plasticizers speeded it up. The relationship between the mesolactide to lactide forms of PLA was calculated with a Pyrolysis–Gas Chromatography–Mass Spectrometry device (Py–GC/MS), revealing that the mesolactide form increased during composting.

Insight into the immobilization of ionic liquids on porous carbons

Very different carbon materials have been used as support in the preparation of supported ionic liquid phase samples (SILP). Some of them have been oxidized, either strongly (with ammonium persulfate solution) or weakly (with air at 300 °C, 2 h). The purpose is to establish which properties of the supports (e.g., porosity -volume and type-, surface area, oxygen surface chemistry and morphology) determine the IL adsorption capacity and the stability (immobilization) of the supported IL phase. The ionic liquid used in this work is 1-butyl-3-methyl-imidazolium hexafluorophosphate ([bmim][PF6]). For each support, samples with different amounts of ionic liquid have been prepared. The maximum IL that can be loaded depends mainly on the total pore volume of the supports. For comparable pore volumes, the porosity type and the oxygen surface content have no influence on the IL loading. The supported IL fills most of the pores, leaving some blocked porosity. The stability of the supported IL phase (especially important for its subsequent use in catalysis) has been tested in water under general hydrogenation conditions (60 °C and 10 bar H2). In general, leaching is low but it increases with the amount of IL loaded and with the oxidation treatments of the supports.

Regulation of lipocalin prostaglandin-D synthase expression by interleukin-1β in human chondrocytes

L'arthrose est une maladie multifactorielle complexe. Parmi les facteurs impliqués dans sa pathogénie, les certains prostaglandines exercent un rôle inflammatoire et d’autres un rôle protecteur. La prostaglandine D2 (PGD2) est bien connue comme une PG anti-inflammatoire, qui est régulée par l’enzyme «Lipocalin prostaglandine D-synthase». Avec l’inflammation de l'arthrose, les chondrocytes essaient de protéger le cartilage en activant certaines voies de récupération dont l'induction du gène L-PGDS. Dans cette étude, nous étudions la voie de signalisation impliquée dans la régulation de l'expression du (L-PGDS) sur les chondrocytes traités avec différents médiateurs inflammatoires. Le but de projet: Nous souhaitons étudier la régulation de la L-PGDS dans le but de concevoir des approches thérapeutiques qui peuvent activer la voie intrinsèque anti-inflammatoire. Méthode et conclusions: In vivo, l'arthrose a été suivie en fonction de l’âge chez la souris ou chirurgicalement suivant une intervention au niveau des genoux de souris. Nous avons confirmé les niveaux d’expression de L-PGDS histologiquement et par immunohistochimie. In vitro, dans les chondrocytes humains qui ont été traités avec différents médiateurs de l'inflammation, nous avons observé une augmentation de l’expression de la L-PGDS dose et temps dépendante. Nous avons montré, in vivo et in vitro que l’inflammation induit une sécrétion chondrocytaire de la L-PGDS dans le milieu extracellulaire. Enfin, nous avons observé la production de différentes isoformes de la L-PGDS en réponse à l'inflammation.

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.

(Table 1) Concentrations of phthalates in chloroform extracts from waters of the Northwest Indian Ocean and the Red Sea

Chloroform extracts of water-soluble organic matter collected in the water column from the surface to the bottom were studied by C-13 and H-1 NMR chromatographic mass spectrometry, and phthalate concentrations were determined by capillary gas-liquid chromatography. More than 14 compounds were found including diethyl phthalate, ethyl butyl phthalate, dibutyl phthalate, and di-2-ethylhexyl phthalate, phthalates with normal C4-C12 chains, phthalates partially esterified with methanol, and others, at total concentrations up to 0.4 mg/l. Possible reasons for presence of phthalates in oceans, sometimes in high concentrations, are discussed.

Function and Regulation of Cytochrome P450 4V2 and the Implications in Bietti’s Crystalline Dystrophy

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

A safety catch linker for Fmoc-based assembly of constrained cyclic peptides

A new safety-catch linker for Fmoc solid-phase peptide synthesis of cyclic peptides is reported. The linear precursors were assembled on a tert-butyl protected catechol derivative using optimized conditions for Fmoc-removal. After activation of the linker using TFA, neutralization of the N-terminal amine induced cyclization with concomitant cleavage from the resin yielding the cyclic peptides in DMF solution. Several constrained cyclic peptides were synthesized in excellent yields and purities. Copyright (c) 2005 European Peptide Society and John Wiley & Sons, Ltd.

Design strategies for controlling the molecular weight and rate using reversible addition-fragmentation chain transfer mediated living radical polymerization

Living radical polymerization has allowed complex polymer architectures to be synthesized in bulk, solution, and water. The most versatile of these techniques is reversible addition-fragmentation chain transfer (RAFT), which allows a wide range of functional and nonfunctional polymers to be made with predictable molecular weight distributions (MWDs), ranging from very narrow to quite broad. The great complexity of the RAFT mechanism and how the kinetic parameters affect the rate of polymerization and MWD are not obvious. Therefore, the aim of this article is to provide useful insights into the important kinetic parameters that control the rate of polymerization and the evolution of the MWD with conversion. We discuss how a change in the chain-transfer constant can affect the evolution of the MWD. It is shown how we can, in principle, use only one RAFT agent to obtain a poly-mer with any MWD. Retardation and inhibition are discussed in terms of (1) the leaving R group reactivity and (2) the intermediate radical termination model versus the slow fragmentation model. (c) 2005 Wiley Periodicals, Inc.

Tyrosine 394 is phosphorylated in Alzheimer's paired helical filament tau and in fetal tau with c-Abl as the candidate tyrosine kinase

Tau is a major microtubule-associated protein of axons and is also the principal component of the paired helical filaments (PHFs) that comprise the neurofibrillary tangles found in Alzheimer's disease and other tauopathies. Besides phosphorylation of tau on serine and threonine residues in both normal tau and tau from neurofibrillary tangles, Tyr-18 was reported to be a site of phosphorylation by the Src-family kinase Fyn. We examined whether tyrosine residues other than Tyr-18 are phosphorylated in tau and whether other tyrosine kinases might phosphorylate tau. Using mass spectrometry, we positively identified phosphorylated Tyr-394 in PHF-tau from an Alzheimer brain and in human fetal brain tau. When wild-type human tau was transfected into fibroblasts or neuroblastoma cells, treatment with pervanadate caused tau to become phosphorylated on tyrosine by endogenous kinases. By replacing each of the five tyrosines in tau with phenylalanine, we identified Tyr-394 as the major site of tyrosine phosphorylation in tau. Tyrosine phosphorylation of tau was inhibited by PP2 (4-amino-5-(4-chlorophenyl-7-(t-butyl) pyrazolo[3,4-d] pyrimidine), which is known to inhibit Src-family kinases and c-Abl. Cotransfection of tau and kinases showed that Tyr-18 was the major site for Fyn phosphorylation, but Tyr-394 was the main residue for Abl. In vitro, Abl phosphorylated tau directly. Abl could be coprecipitated with tau and was present in pretangle neurons in brain sections from Alzheimer cases. These results show that phosphorylation of tau on Tyr-394 is a physiological event that is potentially part of a signal relay and suggest that Abl could have a pathogenic role in Alzheimer's disease.

Flexible synthesis of enantiomerically pure 2,8-dialkyl-1,7-dioxaspiro[5.5]undecanes and 2,7-dialkyl-1,6-dioxaspiro[4.5]decanes from propargylic and homopropargylic alcohols

A new approach to enantiomerically pure 2,8-dialkyl-1,7-dioxaspiro[5.5]undecanes and 2,7-dialkyl-1,6-dioxaspiro [4.5] decanes is described and utilizes enantiomerically pure homopropargylic alcohols obtained from lithium acetylide opening of enantiomerically pure epoxides, which are, in turn, acquired by hydrolytic kinetic resolution of the corresponding racemic epoxides. Alkyne carboxylation and conversion to the Weinreb amide may be followed by triple-bond manipulation prior to reaction with a second alkynyllithium derived from a homo- or propargylic alcohol. In this way, the two ring components of the spiroacetal are individually constructed, with deprotection and cyclization affording the spiroacetal. The procedure is illustrated by acquisition of (2S,5R,7S) and (2R,5R,7S)-2-n-butyl-7-methyl-1,6-dioxaspiro[4.5]-decanes (1), (2S,6R,8S)-2-methyl-8-n-pentyl-1,7-dioxaspiro[5.5]undecane (2), and (2S,6R,8S)-2-methyl-8-n-propyl-1,7-dioxaspiro[5.5]undecane (3). The widely distributed insect component, (2S,6R,8S)-2,8-dimethyl-1,7-dioxaspiro[5.5]undecane (4), was acquired by linking two identical alkyne precursors via ethyl formate. In addition, [H-2(4)]-regioisomers, 10,10,11,11-[H-2(4)] and 4,4,5,5-[H-2(4)] of 3 and 4,4,5,5-[H-2(4)]-4, were acquired by triple-bond deuteration, using deuterium gas and Wilkinson's catalyst. This alkyne-based approach is, in principle, applicable to more complex spiroacetal systems not only by use of more elaborate alkynes but also by triple-bond functionalization during the general sequence.

Receptor binding studies disclose a novel class of high-affinity inhibitors of the Escherichia coli FimH adhesin

Mannose-binding type 1 pili are important virulence factors for the establishment of Escherichia coli urinary tract infections (UTIs). These infections are initiated by adhesion of uropathogenic E. coli to uroplakin receptors in the uroepithelium via the FimH adhesin located at the tips of type 1 pili. Blocking of bacterial adhesion is able to prevent infection. Here, we provide for the first time binding data of the molecular events underlying type 1 fimbrial adherence, by crystallographic analyses of the FimH receptor binding domains from a uropathogenic and a K-12 strain, and affinity measurements with mannose, common mono- and disaccharides, and a series of alkyl and aryl mannosides. Our results illustrate that the lectin domain of the FimH adhesin is a stable and functional entity and that an exogenous butyl alpha- D-mannoside, bound in the crystal structures, exhibits a significantly better affinity for FimH (K-d = 0.15 muM) than mannose (K-d = 2.3 muM). Exploration of the binding affinities of alpha-D-mannosides with longer alkyl tails revealed affinities up to 5 nM. Aryl mannosides and fructose can also bind with high affinities to the FimH lectin domain, with a 100-fold improvement and 15-fold reduction in affinity, respectively, compared with mannose. Taken together, these relative FimH affinities correlate exceptionally well with the relative concentrations of the same glycans needed for the inhibition of adherence of type 1 piliated E. coli. We foresee that our findings will spark new ideas and initiatives for the development of UTI vaccines and anti-adhesive drugs to prevent anticipated and recurrent UTIs.

NMR studies of exchange between intra- and extracellular glutathione in human erythrocytes

Glutathione is the main source of intracellular antioxidant protection in the human erythrocyte and its redox status has frequently been used as a measure of oxidative stress. Extracellular glutathione has been shown to enhance intracellular reduced glutathione levels in some cell types. However, there are conflicting reports in the literature and it remains unclear as to whether erythrocytes can utilise extracellular glutathione to enhance the intracellular free glutathione pool. We have resolved this issue using a C-13-NMR approach. The novel use of L-gamma-glutamyl-L-cysteinyl-[2-C-13] glycine allowed the intra- and extracellular glutathione pools to be distinguished unequivocally, enabling the direct and non-invasive observation over time of the glutathione redox status in both compartments. The intracellular glutathione redox status was measured using H-1 spin-echo NMR, while C-13[H-1-decoupled] NMR experiments were used to measure the extracellular status. Extracellular glutathione was not oxidised in the incubations, and did not affect the intracellular glutathione redox status. Extracellular glutathione also did not affect erythrocyte glucose metabolism, as measured from the lactate-to-pyruvate ratio. The results reported here refute the previously attractive hypothesis that, in glucose-starved erythrocytes, extracellular GSH can increase intracellular GSH concentrations by releasing bound glutathione from mixed disulfides with membrane proteins.