The Use of Ipso-dihydrodiols Enzymatically Derived from Benzoic Acid in Enantioselective Synthesis. Appoaches to Total Synthesis of Vinca Alkaloids

The present studies describe our recent progress in target oriented synthesis of complex organic molecules from aromatic precursors. The latest synthetic approaches toward vinca alkaloids are described and include the construction of model substrates for the investigation into Diels-Alder, radical cascade, and tandem Michael addition reactions as possible routes to the family of alkaloids. Also described are the chemoenzymatic syntheses of the natural product (-)-idesolide and unnatural polyhydroxylated pyrrolidines generated from the biotransformation of benzoic acid with Ralstonia eutropha B9.

Chemoenzymatic Total Synthesis of Morphine alkaloids: Synthesis of Dihydrocodeine and Hydrocodone via a Double Claisen Strategy and ent-Hydromorphone via an Oxidative Dearomatization/intramolecular [4+2] Cycloaddition

This thesis describes the chemoenzymatic synthesis of three morphine alkaloids. The total synthesis of dihydrocodeine and hydrocodone was accomplished starting from bromobenzene in 16 and 17 steps, respectively. The key steps included a microbial oxidation of bromobenzene by E. coli JM109 (pDTG601A), a Kazmaier-Claisen rearrangement of glycinate ester to generate C-9 and C-14 stereo centers, a Johnson-Claisen rearrangement to set the C-13 quaternary center, and a C-10/C-11 ring closure via a Friedel-Crafts reaction. In addition, the total synthesis of ent-hydromorphone starting from β-bromoethylbenzene in 12 steps is also described. The key reactions included the enzymatic dihydroxylation of β-bromoethylbenzene to the corresponding cis-cyclohexadienediol, a Mitsunobu reaction, and an oxidative dearomatization followed by an intramolecular [4+2] cycloaddition.

Synthèse totale de la lépadine B : plate-forme pour la découverte de nouvelles tranformations chimiques

Dans ce document, serons détaillées les résultats de mes travaux de recherche d’études doctorales. Tout d’abord, nous discuterons de la synthèse totale de la lépadine B, la plus courte à paraître dans la littérature à ce jour. Cette synthèse, en plus de valoriser la synthèse asymétrique de pipéridines poly-substituées développée par l’équipe du professeur Charette, mettra à profit une utilisation originale d’une séquence de fermeture-ouverture de cycle par la réaction de métathèse d’alcènes. De plus, nous détaillerons une brève étude mécanistique de cette dernière nous ayant permis la proposition d’un mécanisme peu commun de ce type de séquence réactionnel et dont les conséquences expérimentales sont impressionnantes. Au cours de cette synthèse, nous avons identifié un synthon d’une grande valeur synthétique. En effet, ne comportant pas moins que quatre centres chiraux, ce synthon pouvait être obtenu énantiopure en seulement trois étapes à partir de la pyridine. Ainsi, nous avons effectué une analyse structurale de ce synthon et avons envisagé une valorisation supplémentaire par une utilisation originale de la fragmentation de Grob. Dans ce contexte, nous avons développé une toute nouvelle synthèse de pipéridines 2,3,6-trisubstituées hautement régio- et diastéréosélective. Afin de pouvoir réaliser la précédente méthodologie, nous avons dû étudier la réduction d’une amide en présence de groupements fonctionnels sensibles dans les conditions usuelles. Heureusement, l’année précédente nous avions développée une réaction hautement chimiosélective d’amides tertaires. Cette nouvelle réaction, qui a été fondamentalement inspiré par une méthodologie du professeur Charette sur l’activation d’amides, a permis la réduction d’amides tertiaires en présence de fonctions telles les cétone, ester, nitrile, époxyde, insaturations, etc. Enfin, l’ensemble des connaissances acquises au cours de ces projets a permis l’élaboration d’une toute nouvelle stratégie de synthèse pour la préparation d’indolizidines et quinolizidines. Plus spécifiquement, nous avons développé la première séquence d’activation intramoléculaire et déaromatization asymétrique de la pyridine. Ceci permet d’avoir un accès aux squelettes indolizidine et quinolizidine avec des stéréosélectivités élevées, la nature insaturée de ces derniers laissant également place à une grande flexibilité synthétique. Dans ce contexte, nous allons détailler une très courte synthèse de trans-indolizidines.

Synthesis of 2-Substituted-Pyrazolo[1,5-a]pyridines from N-Iminopyridinium Ylides

Cette thèse décrit le développement et la méthodologie pour la synthèse de 2-pyrazolo[1,5-a]pyridines à partir d’ylures de N-iminopyridinium et d’halogénures de styryle. Des dérivés de chaque ylure de N-iminopyridinium et d’halogénures de styryle ont été utilisés pour la synthèse de plusieurs composés avec un intérêt pharmaceutique. Le premier chapitre présente les précédents littéraires pour la synthèse de pyrazolopyridines. Spécifiquement trois types différents de synthèse seront présentés en détail. L’importance biologique de ces composés sera discutée. La vue d’ensemble des travaux développés dans notre groupe de recherche pour la synthèse des produits de départ sera présentée brièvement. Finalement, la science intéressante qui a apporté cette idée de recherche sera révélée. Le deuxième chapitre décrit les résultats des optimisations étudiées pour la synthèse des 2-phénylpyrazolo[1,5-a]pyridines à partir d’ylures de N-benzoyl-iminopyridinium et d’iodure de styryle. Chaque substrat de la réaction a été étudié individuellement afin d’être optimisé; les ratios, les solvants, la température du milieu réactionnel et le temps optimal de la réaction ont aussi été explorés. Le troisième chapitre présente l’étendue de la synthèse des pyrazolopyridines. L’étendue de la réaction inclut les dérivés des halogénures de styryle. L’étendue de la réaction a été élargie aux dérivés d’ylures de N-iminopyridinium et ils incluent des groupements donneurs d’électrons ainsi que des groupements pauvres en électrons. Des groupements exotiques d’iodure et de bromure de vinyle ont aussi été explorés. Le quatrième chapitre démontre les études mécanistiques que l’on a faites pour mieux comprendre les cycles catalytiques qui ont lieu durant la réaction. Des études de cyclisation avec les ylures de N-iminopyridinium ont été explorées pour les produits de départ suivants : iodure de styryle et phényl acetylène.

Synthèse stéréosélective de pipéridines et activation électrophile chimiosélective d’amides en présence de dérivés de la pyridine

L’importance des produits naturels dans le développement de nouveaux médicaments est indéniable. Malheureusement, l’isolation et la purification de ces produits de leurs sources naturelles procure normalement de très faibles quantités de molécules biologiquement actives. Ce problème a grandement limité l’accès à des études biologiques approfondies et/ou à une distribution sur une grande échelle du composé actif. Par exemple, la famille des pipéridines contient plusieurs composés bioactifs isolés de sources naturelles en très faible quantité (de l’ordre du milligramme). Pour pallier à ce problème, nous avons développé trois nouvelles approches synthétiques divergentes vers des pipéridines polysubstituées contenant une séquence d’activation/désaromatisation d’un sel de pyridinium chiral et énantioenrichi. La première approche vise la synthèse de pipéridines 2,5-disubstituées par l’utilisation d’une réaction d’arylation intermoléculaire sur des 1,2,3,4-tétrahydropyridines 2-substituées. Nous avons ensuite développé une méthode de synthèse d’indolizidines et de quinolizidines par l’utilisation d’amides secondaires. Cette deuxième approche permet ainsi la synthèse formelle d’alcaloïdes non-naturels à la suite d’une addition/cyclisation diastéréosélective et régiosélective sur un intermédiaire pyridinium commun. Finalement, nous avons développé une nouvelle approche pour la synthèse de pipéridines 2,6-disubstituées par l’utilisation d’une réaction de lithiation dirigée suivie d’un couplage croisé de Negishi ou d’un parachèvement avec un réactif électrophile. Le développement de transformations chimiosélectives et versatiles est un enjeu crucial et actuel pour les chimistes organiciens. Nous avons émis l’hypothèse qu’il serait possible d’appliquer le concept de chimiosélectivité à la fonctionnalisation d’amides, un des groupements le plus souvent rencontrés dans la structure des molécules naturelles. Dans le cadre précis de cette thèse, des transformations chimiosélectives ont été réalisées sur des amides secondaires fonctionnalisés. La méthode repose sur l’activation de la fonction carbonyle par l’anhydride triflique en présence d’une base faible. Dans un premier temps, l’amide ainsi activé a été réduit sélectivement en fonction imine, aldéhyde ou amine en présence d’hydrures peu nucléophiles. Alternativement, un nucléophile carboné a été employé afin de permettre la synthèse de cétones ou des cétimines. D’autre part, en combinant un amide et un dérivé de pyridine, une réaction de cyclisation/déshydratation permet d’obtenir les d’imidazo[1,5-a]pyridines polysubstituées. De plus, nous avons brièvement appliqué ces conditions d’activation au réarrangement interrompu de type Beckmann sur des cétoximes. Une nouvelle voie synthétique pour la synthèse d’iodures d’alcyne a finalement été développée en utilisant une réaction d’homologation/élimination en un seul pot à partir de bromures benzyliques et allyliques commercialement disponibles. La présente méthode se distincte des autres méthodes disponibles dans la littérature par la simplicité des procédures réactionnelles qui ont été optimisées afin d’être applicable sur grande échelle.

Hypoglycaemic Effect of Alkaloids Preparation From Leaves of Aegle Marmelose

Alloxan induced diabetic animal model was used to evaluate the antidiabetic effect of alkaloids extracted from the leaves of Aegis marine/ose. The alkaloid extract maintained the weight of animals near to that of control ones - whereas there was a decrease in the body weight of diabetic animals. A significant increase in blood glucose (342. 14 -+- 14.89 mg/dl) was seen in diabetic animals but in alkaloid treated group the blood glucose was lowered (90: 12 +_5.81 mg/dl). There was no decrease in blood urea arid sreum cholesterol in the alkaloid treated group of diabetic animals. The liver glycogen decreased in diabetic animals (1.27+.12 g/100g of wet tissue) and the treatment brought the glycogen level to that of control ones (2.51 +.75 g/100 g of wet tissue). The result show that the alkaloid extract has hypoglycaemic activity.

Studies in the microbial tranformation of alkaloids strychnine and 2-nitrostrychnine

Strychnine is the major alkaloid present in the seeds of _Strychnos, nuxvomica tree which grow naturally in this area. Strychnine has a very complex chemical structure and is known to stimulate all portions of the central nervous system with preference to the spinal cord. However, it is a powerful convulsant and death results from asphyxia. Consequently strychnine has no therapeutic application in the western system of medicine at present. The objective of this work, therefore, was to convert strychnine by microbial transformation into a product having more desirable pharmacological properties so that this locally available natural product may find some use in the preparation of a therapeutic agent.

Synthesis of the ester side chains of some potently antileukemic harringtonia alkaloids from chiral citrates

The selective reduction of one of the three carboxyl groups of two chiral citric acid derivatives to the corresponding aldehydes, under Rosenmund conditions, are reported together with the application of these aldehydes to the syntheses of the ester side chains of some potently antileukemic Cephalotaxus alkaloids e.g. anhydroharringtonine.

New bis(triazinyl) pyridines for selective extraction of americium(III)

New hydrophobic, tridentate nitrogen heterocyclic reagents (BATPs) such as 2,6-bis(5,5,8,8-tetramethyl-5,6,7,8-tetrahydrobenzo[1,2,4]triazin-3-yl) pyridine (1) and 2,6-bis(9,9,10,10-tetramethyl-9,10-dihydro-1,2,4-triaza-anthrane-3-yl) pyridine (2) have been studied. I is resistant to hydrolysis in 3 M nitric acid, whereas 2 is resistant to both acid hydrolysis and radiolysis. The molecules are able to give significantly enhanced separations of americium(III) from an excess of europium(III) in nitric acid. Typically, for 1 D-Am = 500 and SFAm,/Eu = 5000 compared with D-Am = 30 and SFAm /Eu = 400 with the reference molecule 2,6-bis(isopropyl[1,2,4]triazin-3-yl) pyridine (7). In order to increase the stability of 1 and 2, the labile alpha-benzylic hydrogens that are present in 7 have been replaced by alkyl groups. Three molecules of 1 are able to enclose completely the coordination sphere of the M(III) in the crystal structure of [Y(1)(3)][Y(NO3)(5)]center dot NO3 center dot 2.5H(2)O.

Biomimetic approach to Galbulimina type I alkaloids

On treatment with trifluoroacetic acid the tetraene precursor 23 underwent Boc deprotection, condensation and an iminium ion accelerated intramolecular Diels-Alder cycloaddition resulting in an iminium species 12, which was further converted into himbacine 1, himbeline 3 and himandravine 4, three out of four Galbulimina type I alkaloids thus providing strong evidence for the proposed biogenesis of this important family of alkaloids.

Acridone alkaloids as potent inhibitors of cathepsin V

Cathepsin V is a lysosomal cysteine peptidase highly expressed in thymus, testis and corneal epithelium. Eleven acridone alkaloids were isolated from Swinglea glutinosa (Bl.) Merr. (Rutaceae), with eight of them being identified as potent and reversible inhibitors of cathepsin V (IC(50) values ranging from 1.2 to 3.9 mu M). Detailed mechanistic characterization of the effects of these compounds on the cathepsin V-catalyzed reaction showed clear competitive inhibition with respect to substrate, with dissociation constants (K(i)) in the low micromolar range (2, K(i) = 1.2 mu M; 6, K(i) = 1.0 mu M; 7, K(i) = 0.2 mu M; and 11, K(i) = 1.7 mu M). Molecular modeling studies provided important insight into the structural basis for binding affinity and enzyme inhibition. Experimental and computational approaches, including biological evaluation, mode of action assessment and modeling studies were successfully employed in the discovery of a small series of acridone alkaloid derivatives as competitive inhibitors of catV. The most potent inhibitor (7) has a K(i) value of 200 nM. (C) 2011 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Alkaloids from the Bark of Guatteria hispida and Their Evaluation as Antioxidant and Antimicrobial Agents

Phytochemical investigation of the bark of Guatteria hispida afforded three new alkaloids, 9-methoxy-O-methylmoschatoline (1), 9-methoxyisomoschatoline (2), and isocerasonine (3), along with 10 known alkaloids, 8-oxopseudopalmatine (4), O-methylmoschatoline (5), lysicamine (6), liriodenine (7), 10-methoxyliriodenine (8), nornuciferine (9), anonaine (10), xylopine (11), coreximine (12), and isocoreximine (13). The major compounds, 2, 6, 12, and 13, showed significant antioxidant capacity in the ORAC(FL), assay. Compounds 5, 6, and 7 were active against S. epidermidis and C. dubliniensis, with MIC values in the range 12.5-100 mu g mL(-1).

Antiophidic Solanidane Steroidal Alkaloids from Solanum campaniforme

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Anxiolytic-like effects of erythrinian alkaloids from erythrina suberosa

Two alkaloids, erysodine (1) and erysothrine (2) were isolated from the flowers of a Pakistani medicinal plant, Erythrina suberosa. These compounds were investigated for anxiolytic properties, and the results showed significant effect, in an acute oral treatment with 1-2, which were suspended in saline (NaCl 0.9%) plus DMSO 1%, and evaluated in 122 Swiss male mice exposed to two tests of anxiety - the elevated plus-maze (EPM) and the light/dark transition model (LDTM).