EFFICIENT SYNTHESIS OF 3-SUBSTITUTED LACTAMS USING MEERWEIN ESCHENMOSER CLAISEN [3,3] SIGMATROPIC REARRANGEMENTS

3-Allyl substituted five, six, and seven membered ring lactams are readily available in good yields and reasonable selectivity by a formal Meerwein Eschenmoser Claisen [3,3] rearrangement, using the readily available N,N-dialkylalkoxymethylene iminium salts and lithium alkoxides derived from allyl alcohols.

Interactions between pyrazole derived enantiomers and Chiralcel OJ: Prediction of enantiomer absolute configurations and elution order by molecular dynamics simulations

The separation of enantiomers and confirmation of their absolute configurations is significant in the development of chiral drugs. The interactions between the enantiomers of chiral pyrazole derivative and polysaccharide-based chiral stationary phase cellulose tris(4-methylbenzoate) (Chiralcel OJ) in seven solvents and under different temperature were studied using molecular dynamics simulations. The results show that solvent effect has remarkable influence on the interactions. Structure analysis discloses that the different interactions between two isomers and chiral stationary phase are dependent on the nature of solvents, which may invert the elution order. The computational method in the present study can be used to predict the elution order and the absolute configurations of enantiomers in HPLC separations and therefore would be valuable in development of chiral drugs.

Chemoenzymatic synthesis of enantiopure hydroxy sulfoxides derived from substituted arenes

Enantiopure β-hydroxy sulfoxides and catechol sulfoxides were obtained, by chemoenzymatic synthesis, involving dioxygenase-catalysed benzylic hydroxylation or arene cis-dihydroxylation and cis-diol dehydrogenase-catalysed dehydrogenation. Absolute configurations of chiral hydroxy sulfoxides were determined by X-ray crystallography, ECD spectroscopy and stereochemical correlation. The application of a new range of β-hydroxy sulfoxides as chiral ligands was examined.

Catalisadores ou precursores de espécies activas à base de molibdénio

Atendendo à produção de epóxidos em larga escala e à sua importância como intermediários versáteis, muita atenção tem sido dada à epoxidação de olefinas. Destaca-se a implementação do processo industrial de epoxidação de propileno em fase líquida com tBHP, usando complexos de molibdénio como catalisadores homogéneos (Halcon-ARCO). Neste trabalho foram investigados novos complexos à base de molibdénio como catalisadores (ou precursores) para epoxidação de olefinas em fase líquida. Foi objecto de estudo a identificação das espécies activas e a estabilidade dos catalisadores através da sua separação no final das reacções catalíticas, caracterização e reutilização. Escolheu-se como reacção modelo a epoxidação do ciscicloocteno com tBHP (em decano, tBHPdec), a 55 ºC. Estendeu-se o estudo dos desempenhos catalíticos a diferentes substratos, oxidantes, solventes e métodos de aquecimento. A maior actividade catalítica foi observada para os complexos [MoO2Cl2L2] (L=ligando dialquilamida), mais estáveis e fáceis de manusear que [MoO2Cl2] e complexos análogos com L {THF, MeCN} (Cap. 2). A partir destes complexos podem-se formar in situ espécies activas intermediárias do tipo [(MoO2ClL2)2(μ-O)]. O complexo [MoO2(Lzol)], Lzol= ligando oxazolina quiral (Cap. 3), é um catalisador estável e versátil, activo para a epoxidação de diversas olefinas (selectividades elevadas para epóxidos, mas enantioselectividades baixas), desidrogenação oxidativa de álcoois e sulfoxidação de sulfuretos. O catalisador foi também reciclado eficientemente, usando um líquido iónico (LI). O complexo iónico [MoO2Cl{HC(3,5-Me2pz)3}]BF4 (Cap.4) converteu-se nos complexos activos [{MoO2(HC(3,5-Me2pz)3)}2(μ-O)](BF4)2, [Mo2O3(O2)2(μ-O){HC(3,5-Me2pz)3}] e [MoO3{HC(3,5-Me2pz)3}]; quando dissolvido num LI, o catalisador foi reciclado com sucesso. A presença de água e o meio oxidante influenciaram a formação destas espécies. Os complexos [CpMo(CO)3Me] (Cap.5) e [CpMo(CO)2(η3- C3H5)] (Cap.6) originaram espécies activas similares (baseado nos testes catalíticos e nos espectros FT-IR ATR dos sólidos recuperados). Para [Cp'Mo(CO)2(η3-C3H5)], a influência do Cp' na actividade catalítica sugeriu a formação de espécies activas com este ligando. A partir dos complexos [Mo(CO)4L] formaram-se in situ catalisadores estáveis, que podem ser heterogéneos: para L=2-[3(5)-pirazolil]piridina formou-se [Mo4O12L4]; para L=[3- (2-piridil)-1-pirazolil]acetato de etilo formou-se [Mo8O24L4] (Cap.7). O uso de microondas (MO) como método de aquecimento em vez de um banho de óleo (BO) resultou no aumento da velocidade da reacção catalítica, devido ao aquecimento mais rápido da mistura reaccional (Caps. 5 e 7). A utilização da solução aquosa de tBHP em vez de tBHPdec era preferível, porque excluía o decano do sistema reaccional e mantinham-se elevados os rendimentos em epóxido (Caps. 2 e 6); optimizou-se o desempenho catalítico removendo a água das misturas reaccionais (Caps. 4 e 7). O melhor resultado para a epoxidação de limoneno foi observado para [CpMoCO3Me]: 88% de rendimento em epóxido (2 h, 55 ºC, método de aquecimento MO).

Receptores de aniões baseados em azacalix[4]arenos e isoftalamidas

Nesta tese, desenvolvida no âmbito do Programa Doutoral em Química da Universidade de Aveiro, foram desenvolvidos novos receptores sintéticos construídos a partir da plataforma macrocíclica tetraazacalix[2]areno[2]triazina ou do fragmento de isoftalamida. Ambas as unidades estruturais foram decora-das com grupos de reconhecimento molecular baseados em grupos amida e/ou ureia com o objectivo de actuarem como receptores selectivos de aniões com importância biológica ou farmacológica, incluindo acetato, oxalato, malo-nato, succinato, glutarato, diglicolato, L- e D-NHBoc-alanina, (S)- e (R)-fenilpro-panoato, (S,S)- e (R,R)-tartarato, fumarato, maleato, Cl-, HCO3-, H2PO4-, HSO4- e SO42-. No Capítulo 1 é efectuada uma revisão bibliográfica dos desenvolvimentos recentes na síntese, caracterização estrutural e aplicações de receptores fun-cionais relacionados com os desenvolvidos no âmbito desta tese, com especial incidência para aqueles que foram estudados como receptores de aniões. Neste domínio, enquanto que receptores derivados da isoftalamida têm sido bastante estudados ao longo das últimas décadas, o desenvolvimento de receptores de aniões inspirados em heteracalix[2]areno[2]triazinas ainda se encontra a dar os primeiros passos. No Capítulo 2 é apresentada a síntese de quatro novos macrociclos derivados de tetraazacalix[2]areno[2]triazina incorporando um ou dois braços de L-alanina (A1, A2) ou de L-leucina (L1, L2) nos anéis benzénicos, e derivados com grupos amida como unidades de reconhecimento. Adicionalmente, são também apresentados dois novos azacalix[2]areno[2]triazinas contendo um (U1) ou dois (U2) braços com grupos ureia substituídos com um grupo (S)-metilbenzílico. Foram ainda preparados os macrociclos A2Me4 e U2Me4 por metilação dos átomos de azoto em ponte de A2 e U2, os quais foram posterior-mente utilizados em estudos de associação. Os compostos sintetizados foram caracterizados através de técnicas espectroscópicas, complementadas por difracção de raios X de cristal único no caso de U2Me4. O Capítulo 3 contempla os estudos de reconhecimento molecular entre os macrociclos A2Me4 e U2Me4 e os aniões derivados de ácidos mono- e dicarbo-xílicos alifáticos, ácidos carboxílicos isoméricos (enantiómeros e isómeros geométricos), aminoácidos e polioxaniões acima referidos, excepto HCO3-. Os estudos de associação foram realizados através de técnicas de titulação por RMN 1H com determinação das respectivas constantes de afinidade. Todas as associações estudadas apresentaram uma estequiometria receptor-substrato 1:1 com excepção das associações formadas entre A2Me4 e U2Me4 com H2PO4- (1:2). Os complexos A2Me4∙SO42- e U2Me4∙(H2PO4-)2 são os mais estáveis com constantes de associação de 7,4 × 104 M-1 e superior a 105 M-2, respectivamente. O reconhecimento dos dicarboxilatos ocorreu através dos dois braços do macrociclo, com os aniões com grupos carboxilato separados por cadeias alifáticas mais compridas (glutarato e diglicolato) apresentando um melhor ajuste aos braços de A2Me4 e U2Me4. Não foi observado reconheci-mento enantiosselectivo de aniões. Em contraste, as constantes de afinidade para as associações com os aniões dos isómeros cis (maleato) e trans (fumarato) do ácido but-2-enodióico, de 89 e 4920 M-1 para A2Me4 e 481 e 4007 M-1 para U2Me4, respectivamente, sugerem selectividade de ambos os receptores para o fumarato. No Capítulo 4 é descrita a síntese de nove receptores acíclicos incorporando a unidade de isoftalamida (Iso-1 a Iso-9) e braços laterais com grupos de reconhecimento de aniões. Enquanto que o receptor Iso-1 possui como unida-des de reconhecimento apenas grupos amida, os receptores Iso-2, Iso-3, Iso-5, Iso-6, Iso-7 e Iso-9 possuem grupos amida e ureia, e os derivados Iso-4 e Iso-8 grupos amida e sulfonilureia. Em cada um destes compostos, os grupos de reconhecimento estão separados por uma cadeia etilénica cuja flexibilidade confere um melhor ajuste com os aniões. Os derivados de isoftalamida preparados foram caracterizados através de técnicas espectroscópicas. No Capítulo 5 são apresentados os estudos de associação realizados por técnicas de titulação por RMN 1H entre Iso-1, Iso-2, Iso-4, Iso-6 e Iso-8 com os aniões H2PO4-, HCO3-, Cl- e oxalato. Os receptores Iso-1, Iso-2 e Iso-6 apresentaram maior afinidade para o dianião, com valores de Kass de 6100, 7800 e 9800 M-1 respectivamente, e menor para Cl- (17 < Kass < 19 M-1). Foram sempre formadas associações mais estáveis com H2PO4- (294 < Kass < 427 M-1) comparativamente a HCO3-, sendo que a associação mais forte com este últi-mo foi determinada com Iso-2 (Kass = 95 M-1). As moléculas de Iso-4 e Iso-8 sofreram desprotonação dos grupos sulfonilureia na presença de todos os aniões excepto de Cl-. No Capítulo 6 apresentam-se as conclusões gerais e no Capítulo 7 descrevem-se os procedimentos experimentais e também os dados espectroscópicos dos produtos obtidos.

Transformações organocatalíticas e mediadas por metais de transição na síntese de novos heterociclos nitrogenados e ciclo-hexanos

Nas últimas décadas a quiralidade tornou-se essencial na conceção, descoberta, desenvolvimento e comercialização de novos medicamentos. A importância da quiralidade na eficácia e segurança dos fármacos tem sido globalmente reconhecida tanto pelas indústrias farmacêuticas como pelas agências reguladoras de todo o mundo. De forma a produzir eficazmente medicamentos seguros e dar resposta à demanda da indústria de compostos enantiomericamente puros, a pesquisa de novos métodos de síntese assimétrica, assim como o desenvolvimento estratégico dos métodos já disponíveis tem sido um dos principais objetos de estudo de diversos grupos de investigação tanto na academia como na indústria farmacêutica No primeiro capítulo desta dissertação são introduzidos alguns dos conceitos fundamentais associados à síntese de moléculas quirais e descritas algumas das estratégias que podem ser utilizadas na sua síntese. Apresenta-se ainda uma breve revisão bibliográfica acerca dos antecedentes do grupo de investigação e sobre a ocorrência natural, atividade biológica e métodos de síntese e transformações de compostos do tipo (E,E)-cinamilidenoacetofenona. O segundo capítulo centra-se na adição de Michael enantiosseletiva de diversos nucleófilos a derivados de (E,E)-cinamilidenoacetofenona. Inicialmente descreve-se a síntese de derivados de (E,E)-cinamilidenoacetofenona através de uma condensação aldólica de acetofenonas e cinamaldeídos apropriadamente substituídos. Estes derivados são posteriormente utilizados como substratos na adição de Michael enantiosseletiva de três diferentes nucleófilos: nitrometano, malononitrilo e 2-[(difenilmetileno)amino]acetato de metilo. Nestas reações são utilizados diferentes organocatalisadores de forma a induzir enantiosseletividade nos aductos de Michael para serem utilizados na síntese de compostos com potencial interesse terapêutico. É descrita ainda uma nova metodologia de síntese de Δ1-pirrolinas através de um procedimento one-pot de redução/ciclização/desidratação mediada por ferro na presença de ácido acético de (R,E)-1,5-diaril-3-(nitrometil)pent-4-en-1-onas com bons rendimentos e excelentes excessos enantioméricos. O terceiro capítulo centra-se no estabelecimento de novas rotas de síntese e transformação de derivados do ciclo-hexano. Após uma breve revisão bibliográfica, são descritas três metodologias enantiosseletivas distintas, sendo que a primeira envolve a utilização de organocatalisadores e catalisadores de transferência de fase derivados de alcaloides cinchona. Os derivados do ciclo-hexano foram obtidos a partir da reação entre as (E,E)-cinamilidenoacetofenonas e o malononitrilo com bons rendimentos, mas baixas enantiosseletividades independentemente do catalisador utilizado. De forma a contornar este problema e uma vez que a formação do derivado do ciclo-hexano envolve inicialmente a formação in-situ do aducto de Michael, a segunda e terceira metodologias de síntese envolvem a utilização dos aductos de Michael enantiomericamente puros preparados no segundo capítulo. Assim, a reação do (S,E)-2-(1,5-diaril-1-oxopent-4-en-3-il)malononitrilo com os derivados de (E,E)-cinamilidenoacetofenona organocatalisada pela hidroquinina permitiu obter os compostos pretendidos com excelentes excessos enantioméricos. A utilização de um catalisador de transferência de fase não foi tão eficiente em termos de enantiosseletividades obtidas na reação entre as (R,E)-1,5-diaril-3-(nitrometil)pent-4-en-1-onas e os derivados de (E,E)-cinamilidenoacetofenona, apesar de estes terem sido obtidos em bons rendimentos. A preparação destes derivados levou ainda à idealização de uma nova metodologia de síntese de análogos do ácido γ-aminobutírico (GABA) devido à presença de um grupo nitro em posição gama relativamente a um grupo carboxílico. No entanto, apesar de terem sido testadas várias metodologias, não foi possível obter os compostos pretendidos. No quarto capítulo apresenta-se uma breve revisão bibliográfica acerca da ocorrência natural, atividade biológica e métodos de síntese de derivados de di-hidro- e tetra-hidropiridinas, assim como um enquadramento teórico acerca das reações pericíclicas utilizadas na síntese dos compostos pretendidos. Inicialmente é descrita a preparação de N-sulfonilazatrienos substituídos através da condensação direta de derivados de (E,E)-cinamilidenoacetofenona e sulfonamidas. Estes compostos são posteriormente utilizados na síntese de derivados de 1,2-di-hidropiridinas através de uma aza-eletrociclização-6π por duas metodologias distintas: utilização de organocatalisadores quirais e utilização de complexos metálicos de bisoxazolinas. Na síntese das tetra-hidropiridinas os N-sulfonilazatrienos são utilizados como dienos e o étoxi-eteno como dienófilo numa reação hetero-Diels-Alder inversa utilizando também os complexos metálicos de bisoxazolinas como catalisadores. Todos os novos compostos sintetizados foram caracterizados estruturalmente recorrendo a estudos de espetroscopia de ressonância magnética nuclear (RMN), incluindo espetros de 1H e 13C e estudos bidimensionais de correlação espetroscópica homonuclear e heteronuclear e de efeito nuclear de Overhauser (NOESY). Foram também efetuados, sempre que possível, espetros de massa (EM) e análises elementares ou espetros de massa de alta resolução (EMAR) para todos os novos compostos sintetizados.

Novos polímeros conjugados baseados em calixarenos contendo fontes quirais de origem natural: síntese, propriedades e aplicações sensoriais

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Química e Biológica

Enantiomeric fraction evaluation of pharmaceuticals in environmentalmatrices by liquid chromatography-tandem mass spectrometry

The interest for environmental fate assessment of chiral pharmaceuticals is increasing and enantioselective analytical methods are mandatory. This study presents an enantioselective analytical method for the quantification of seven pairs of enantiomers of pharmaceuticals and a pair of a metabolite. The selected chiral pharmaceuticals belong to three different therapeutic classes, namely selective serotonin reuptake inhibitors (venlafaxine, fluoxetine and its metabolite norfluoxetine), beta-blockers (alprenolol, bisoprolol, metoprolol, propranolol) and a beta2-adrenergic agonist (salbutamol). The analytical method was based on solid phase extraction followed by liquid chromatography tandem mass spectrometry with a triple quadrupole analyser. Briefly, Oasis® MCX cartridges were used to preconcentrate 250 mL of water samples and the reconstituted extracts were analysed with a Chirobiotic™ V under reversed mode. The effluent of a laboratory-scale aerobic granular sludge sequencing batch reactor (AGS-SBR) was used to validate the method. Linearity (r2 > 0.99), selectivity and sensitivity were achieved in the range of 20–400 ng L−1 for all enantiomers, except for norfluoxetine enantiomers which range covered 30–400 ng L−1. The method detection limits were between 0.65 and 11.5 ng L−1 and the method quantification limits were between 1.98 and 19.7 ng L−1. The identity of all enantiomers was confirmed using two MS/MS transitions and its ion ratios, according to European Commission Decision 2002/657/EC. This method was successfully applied to evaluate effluents of wastewater treatment plants (WWTP) in Portugal. Venlafaxine and fluoxetine were quantified as non-racemic mixtures (enantiomeric fraction ≠ 0.5). The enantioselective validated method was able to monitor chiral pharmaceuticals in WWTP effluents and has potential to assess the enantioselective biodegradation in bioreactors. Further application in environmental matrices as surface and estuarine waters can be exploited.

Substitution of (R,S)-methadone by (R)-methadone: Impact on QTc interval.

Methadone is administered as a chiral mixture of (R,S)-methadone. The opioid effect is mainly mediated by (R)-methadone, whereas (S)-methadone blocks the human ether-à-go-go-related gene (hERG) voltage-gated potassium channel more potently, which can cause drug-induced long QT syndrome, leading to potentially lethal ventricular tachyarrhythmias. To investigate whether substitution of (R,S)-methadone by (R)-methadone could reduce the corrected QT (QTc) interval, (R,S)-methadone was replaced by (R)-methadone (half-dose) in 39 opioid-dependent patients receiving maintenance treatment for 14 days. (R)-methadone was then replaced by the initial dose of (R,S)-methadone for 14 days (n = 29). Trough (R)-methadone and (S)-methadone plasma levels and electrocardiogram measurements were taken. The Fridericia-corrected QT (QTcF) interval decreased when (R,S)-methadone was replaced by a half-dose of (R)-methadone; the median (interquartile range [IQR]) values were 423 (398-440) milliseconds (ms) and 412 (395-431) ms (P = .06) at days 0 and 14, respectively. Using a univariate mixed-effect linear model, the QTcF value decreased by a mean of -3.9 ms (95% confidence interval [CI], -7.7 to -0.2) per week (P = .04). The QTcF value increased when (R)-methadone was replaced by the initial dose of (R,S)-methadone for 14 days; median (IQR) values were 424 (398-436) ms and 424 (412-443) ms (P = .01) at days 14 and 28, respectively. The univariate model showed that the QTcF value increased by a mean of 4.7 ms (95% CI, 1.3-8.1) per week (P = .006). Substitution of (R,S)-methadone by (R)-methadone reduces the QTc interval value. A safer cardiac profile of (R)-methadone is in agreement with previous in vitro and pharmacogenetic studies. If the present results are confirmed by larger studies, (R)-methadone should be prescribed instead of (R,S)-methadone to reduce the risk of cardiac toxic effects and sudden death.

Design and synthesis of new monoterpenoid derived ligands for asymmetric catalysis /

The work to be presented herein illustrates several important facts. First, the synthesis of BIBOL (19), a 1,4-diol derived from the monoterpene camphor has allowed us to demonstrate that oxidative dimerizations of enolates can, and do proceed with nearly complete diastereoselectivity under kinetically controlled conditions. The yield of BIBOL is now 50% on average, with a 10% yield of a second diastereomer, which is likely the result of a non-kinetic hydride reduction, thereby affording the epimeric alcohol, 20, coupled on the exo face of camphor. This implies the production of 60% of a single coupling diastereomer. No other diastereomers from the reduction were observed. The utility of BEBOL has been illustrated in early asymmetric additions of diethylzinc to aryl aldehydes, with e.e.'s as high as 25-30%. '^' To further the oxidative coupling work, the same methodology which gave rise to BIBOL was applied to the chiral pool ketone, menthone. Interestingly, this gave an excellent yield of the a-halohydrin (31), which is the result of a chlorination of menthone. This result clearly indicates the high stereoselectivity of the process regardless of the outcome, and has illustrated an interesting dichotomy between camphor and menthone. The utility of the chlorination product as a precursor other chiral ligands is currently being investigated. > ' Finally, a new series of 1,3-diols as well as a new aminoalcohol have successfully been synthesized from highly diastereoselective aldol/mannich reactions. Early studies have indicated their potential in asymmetric catalysis, while employing pi-stack interactions as a means of controlling enantioselective aldol reactions.

Investigation of regio- and sterochemistries of microbial biotransformation /

Epoxides can be hydrolyzed by fungi to produce chiral diols. The first part of this thesis presents an investigation of the microbial hydrolysis of aziridines comparable in structure to epoxide biotransformation substrates. Biotransformation of the aziridines 1 -methyl-2-phenyl aziridine, 2- phenylaziridine and N-methyl-7-aza bicyclo[4.1.0] heptane was studied using Beauveria sulfurescens, Aspergillus niger and Diplodia gossypina but no evidence for enzymic hydrolysis was obtained. The hydroxylation reaction performed by the fungus Beauveria sulfurescens ATCC 7159 has been studied for many years and several models describing the hydroxylating pattern exhibited by this fungus have been proposed. The second part of this thesis presents a test of the proposed models. The ability of Beauveria sulfurescens to hydroxylate thirty potential substrates was examined, and the data suggest that none of the earlier proposed models accounts for all of the bioconversion results. A possible explanation is proposed, suggesting that there is more than one enzyme responsible for the hydroxylation reactions performed by Beauveria sulfurescens.

Towards the enantioselective synthesis of lycoricidine alkaloids /

Two efficient, regio- and stereo controlled synthetic approaches to the synthesis of racemic analogs of pancratistatin have been accomplished and they serve as the model systems for the total synthesis of optically active 7-deoxy-pancratistatin. In the Diels-Alder approach, an efficient [4+2] cycloaddition of 3,4-methylenedioxyco- nitrostyrene with Danishefsky's diene to selectively form an exo-nitro adduct has been developed as the key step in the construction of the C-ring of the target molecule. In the Michael addition approach, the key step was a conjugate addition of an organic zinc-cuprate to the 3,4-methylenedioxy-(B-nitrostyrene, followed by a diastereocontroUed closure to form the cyclohexane C-ring of the target molecule via an intramolecular nitro-aldol cyclization on a neutral alumina surface. A chair-like transition state for such a cyclization has been established and such a chelation controlled transition state can be useful in the prediction of diastereoselectivity in other related 6-exo-trig nitroaldol reactions. Cyclization of the above products fi^om both approaches by using a Bischler-Napieralski type reaction afforded two lycoricidine derivatives 38 and 50 in good yields. The initial results from the above modeling studies as well as the analysis of the synthetic strategy were directed to a chiral pool approach to the total synthesis of optically active 7-deoxy-pancratistatin. Selective monsilylation and iodination of Ltartaric acid provided a chiral precursor for the proposed key Michael transformation. The outlook for the total synthesis of 7-deoxy-pancratistatin by this approach is very promising.A concise synthesis of novel designed, optically pure, Cz-symmetrical disulfonylamide chiral ligands starting from L-tartaric acid has also been achieved. This sequence employs the metallation of indole followed by Sfj2 replacement of a dimesylate as the key step. The activity for this Cz-symmetric chiral disulfonamide ligand in the catalytic enantioselective reaction has been confirmed by nucleophilic addition to benzaldehyde in the disulfonamide-Ti (0-i-Pr)4-diethylzinc system with a 48% yield and a 33% e.e. value. Such a ligand tethered with a suitable metal complex should be also applicable towards the total synthesis of 7-deoxy-pancratistatin.

Enantiodivergent chemoenzymatic synthesis of codeine

The present thesis describes our latest results in the chemistry of morphine alkaloids. An enantiodivergent synthesis of codeine utilizing a cis-cyclohexadiene diol derived from microbial whole cell oxidation of ~-bromoethylbenzene,as starting material is discussed. The total synthesis of (+)-codeine in 14 steps featuring a Mitsunobu inversion and two intramolecular Heck cyclizations is presented. Investigation of a regioselective nucleophilic opening of a homochiral vinyl oxirane, which led to a total synthesis of the natural isomer of codeine, is detailed. Furthermore, described herein are novel methodologies designed for the transformation of naturally occurring opiates into medicinally relevant derivatives. Two studies on the conversion of thebaine into the commercially available analgesic hydrocodone, two novel ·transition metal catalyzed N-demethylation procedures for opioids, and the development of a catalytic protocol for N-demethylation and Nacylation of morphine and tropane alkaloids are presented. In addition, reactions of a menthol-based version of the Burgess reagent with epoxides are discussed. The synthetic utility of this novel chiral derivative of the Burgess reagent was demonstrated by an enantiodivergent formal total synthesis of balanol. ii

An investigation into the oxidation of organic sulphides, organic selenides and simple hydrocarbons by Mortierella isabellina NRRL 1757

The work presented in this thesis is divided into three separate sections 4!> Each' 'section is involved wi th a different problem, however all three are involved with a microbial oxidation of a substrate~ A series of 'aryl substituted phenyl a.nd be,nzyl methyl sulphides were oxidized to the corre~pondi~g sulphoxides by 'Mo:rtierellai's'a'b'e'llina NRR.L17'S7 @ For this enzymic Qxidation, based on 180 labeled experiments, the oxygen atom is derived fr'orn the atmosphere and not from water. By way of an u~.traviolet analysis, the rates of oxidation, in terms of sulphox~ de appearance, were obtained and correlated with the Hatnmett p s~grna constants for the phenyl methyl sulphide series. A value of -0.67 was obtained and, is interpreted in terms of a mechanism of oxidation that involves an electrophilic attack on the sulphide sulphur by an enzymic ironoxygen activated complex and the conversion of the resulti!lg sulphur cation to sulphoxide. A series of alkyl phenyl selen~des have been incubated with the fu~gi, Aspergillus niger ATCC9l42, Aspergillus fO'etidus NRRL 337, MIIJisabellina NF.RLl757 and'He'lminth'osparium sp'ecies NRRL 4671 @l These fu?gi have been reported to be capable of carrying out the efficient oxidation of sulphide to sulphoxide, but in no case was there any evidence to supp'ort the occurrence of a microbialox,idation. A more extensive inves·t~gation was carried out with'M,e 'i's'a'b'e'l'l'i'na, this fu~gus was capable of oxidizing the correspondi~g sulphides to sulphoxi.de·s·$ Usi:ng a 1abel.edsubstra.te, [Methyl-l4c]-methyl phenyl selenide, the fate of this compound was invest~gated followi!lg an i'ncubation wi th Me isabellina .. BeSUldes th. e l4C-ana1YS1Q S-,'. a quant"ltta"lve selen'lum ana1Y"S1S was carried out with phenyl methyl selenide. These techniques indicate that thesel'enium was capable of enteri!1g thefu!1gal cell ef'ficiently but that s'ome metabolic cleav~ge of the seleni'um-carbon bond' may take plac'e Ie The l3c NMR shifts were assigned to the synthesized alkyl phenyl sulphides and selenides@ The final section involved the incubation ofethylben~ zene and p-e:rtr.hyltoluene wi th'M ~ 'isab'e'llina NRRL 17574b Followi~ g this incubation an hydroxylated product was isolated from the medium. The lH NMR and mass spectral data identify the products as I-phenylethanol and p-methyl-l-phenylethanol. Employi!lg a ch'iral shift re~gent,tri~ (3-heptafluorobutyl-dcamphorato)'- europium III, the enantiomeric puri ty of these products was invest~gated. An optical rotation measurement of I-phenylethanol was in ~greement with the results obtained with the chiral shift re~gen,te 'M.isabe'l'lina is capable of carryi~g out an hydroxylation of ethylbenzene and p-ethyltoluene at the ~ position.

The versatility and utilization of phosphorus based compounds in classic carbon-carbon bond forming and esterification reactions

The phosphonium salt room temperature ionic liquid tetradecyltrihexylphosphonium chloride (THPC) has been employed as an efficient reusable media for the palladium catalyzed Suzuki cross-coupling reaction of aryl halides, including aryl chlorides, under mild conditions. The cross-coupling reactions were found to proceed in THPC containing small amounts ofwater and toluene (single phase) using potassium phosphate and 1% Pd2(dba)3'CHCI3. Variously substituted iodobenzenes, including electron rich derivatives, reacted efficiently in THPC with a variety of arylboronic acids and were all complete within 1 hour at 50°C. The corresponding aryl bromides also reacted under these conditions with the addition of a catalytic amount of triphenylphosphine that allowed for complete conversion and high isolated yields. The reactions involving aryl chlorides were considerably slower, although the addition of triphenylphosphine and heating at 70°C allowed high conversion of electron deficient derivatives. Addition of water and hexane to the reaction products results in a triphasic system, from which the catalyst was then recycled by removing the top (hexanes) and bottom (aqueous) layers and adding the reagents to the ionic liquid which was heated again at 50°C; resulting in complete turnover of iodobenzene. Repetition of this procedure gave the biphenyl product in 82-97% yield (repeated five times) for both the initial and recycled reaction sequences. IL ESTERIFICATIONREACTION A new class oftrialkylphosphorane has been prepared through reaction of a trialkylphosphine with 2-chlorodimethylmalonate in the presence oftriethylamine. These new reagents promote the condensation reaction of carboxylic acids with alcohols to provide esters along with trialkylphosphine oxide and dimethylmalonate. The condensation reaction of chiral secondary alcohols can be controlled to give either high levels of inversion or retention through a subtle interplay involving basicity of the reaction media, solvent, and tuning the electronic and steric nature of the carboxylic acid and stenc nature of the phosphorane employed. A coherent mechanism is postulated to explain these observations involving reaction via an initial acyloxyphosphonium ion.