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.

Progrès vers la synthèse totale de la calyciphylline B

Les alcaloïdes Daphniphyllum constituent une vaste famille de produits naturels isolés à partir de plantes à feuillage persistant couramment utilisés dans la médecine chinoise traditionnelle. Ils affichent une gamme impressionnante d'activités biologiques; antipyrétique, anti-inflammatoire, antioxydant et même anticancéreux. La calyciphylline B appartient à cette famille et possède un motif original comprenant sept stéréocentres adjacents, dont un stéréocentre quaternaire tout carbone, avec un échafaudage hexacyclique. Sa structure a été déterminée par données spectroscopiques, plus précisément par des techniques de RMN 2D. Malgré le peu d'information sur son activité biologique, sa synthèse représente sans le moindre doute un grand défi pour les chimistes organiciens. Le groupe de recherche du Prof. Hanessian a entrepris la synthèse totale de la calyciphylline B en 2010, laquelle est toujours en cours. Une nouvelle approche a été développée pour la préparation d'un intermédiaire azabicyclo[3.3.0]octane avancé. Ce mémoire résume les travaux de recherche de l'auteur sur les progrès réalisés pour la voie alternative élaborée par le groupe du prof. Hanessian. Le travail effectué comprend la formation d'un stéréocentre quaternaire, l'alkylation d'un énolate sur un triflate d'alkyle secondaire, une réduction diastéréosélective, une cyclisation réductrice ainsi qu'une oxydation de Wacker régiosélective.

Réaction de photocyclodéshydrogénation par catalyse photorédox

Cette thèse présente une nouvelle méthode pour accomplir la réaction de Mallory en utilisant la lumière visible. Pour atteindre ce but, la chimie photorédox qui s'est développée ces dernières années permettra une utilisation efficace de la lumière visible. De plus, la chimie en flux continu sera utilisé afin d'augmenter la surface irradiée du mélange réactionnel. Au cours de ces travaux, une nouvelle méthodologie photochimique utilisant un photocatalyseur de cuivre avec la lumière visible a été efficace pour la synthèse du 5hélicène. Un mécanisme de désactivation oxydante est proposé pour cette réaction. Par ailleurs, cette nouvelle méthodologie a été utilisée pour la synthèse d'un dérivé du 5hélicène et d'un 4hélicène-pyrène hybride. Par la suite, la méthodologie photochimique utilisant un photocatalyseur de cuivre avec la lumière visible a servi à la synthèse de divers carbazoles substitués au niveau de l'azote par des groupements aryles et alkyles. Au cours de cette synthèse, la réaction a révélé un problème de régiosélectivité. Ce dernier a été étudié par la synthèse de nouvelles triarylamines. Finalement, il a été découvert que l'utilisation d'un photocatalyseur de fer peut remplacer le photocatalyseur de cuivre en utilisant l'oxygène comme oxydant pour la synthèse de 9-phénylcarbazole.

Formal total synthesis of (±)-conduramine E utilising the Bryce-Smith-Gilbert photoamination reaction

Utilising a Bryce-Smith-Gilbert photoamination of benzene as a key step, a synthesis of ()-conduramine E was carried out. A highly regioselective dihydroxylation of a cyclic diene was effected utilising Sharpless AD-mix-b.

Stille reactions of 2,3-bis(stannyl)butenoates: an unexpected regioselectivity

The palladium-catalyzed cross-coupling reaction of methyl (Z)-2,3-bis(tributylstannyl)butenoate with aryl iodides is regioselective, leading to 2-aryl-3-stannylated products; this selectivity is the opposite to that observed in the reaction between halides and 3,4-bis(stannyl)furan-2(5H)-one. Since the resulting butenoates can be converted into the corresponding furanones, the method provides useful flexibility in the preparation of functionalized butenoates and furanones.

Hydroxyselanylation of acyloxycyclohex-3-enes

In contrast to the corresponding hydroxyiodination reactions, the reaction of acetoxycyclohex-2-ene 1 with N-PSP in the presence of water shows little regiocontrol, but is highly diastereoselective. However, the same reaction of the (R)-phenylglycinate derivative of (+/-)-cyclohexen-3-ol is highly diastereoselective, and regioselective. A hydrogen-bonding interaction is proposed to rationalize these differing selectivities. (c) 2007 Published by Elsevier Ltd.

Synthesis of FimH receptor-active manno-oligosaccharides by reverse hydrolysis using alpha-mannosidases from Penicillium citrinum, Aspergillus phoenicis and almond

Recombinant Penicillium citrinum alpha-1,2-mannosidase, expressed in Aspergillus oryzae, was employed to carry out regioselective synthesis of alpha-D-mannopyranosyl-(1-->2)-D-mannose. Yields (w/w) of 16.68% disaccharide, 3.07% trisaccharide and 0.48% tetrasaccharide were obtained, with alpha1-->2 linkages present at 98.5% of the total linkages formed. Non-specific alpha-mannosidase from almond was highly efficient in reverse hydrolysis and oligosaccharide yields of 45-50% were achieved. The products of the almond mannosidase were a mixture of disaccharides (30.75%, w/w), trisaccharides (12.26%, w/w) and tetrasaccharides (1.89%, w/w) with 1-->2, 1-->3 and 1-->6 isomers. alpha-1,2-linkage specific mannosidase from P. citrinum and alpha-1,6-linkage-specific mannosidase from Aspergillus phoenicis were used in combination to hydrolyse the respective linkages from the mixture of isomers, resulting in alpha-D-mannopyranosyl-(1-->3)-D-mannose in 86.4% purity. The synthesised oligosaccharides can potentially inhibit the adhesion of pathogens by acting as 'decoys' of receptors of type-1 fimbriae carried by enterobacteria.

Aldol reaction of butane-2,3-diacetal protected methyl glycerate

The addition of aldehydes to butane-2,3-diacetal has been investigated. The reaction was shown to be both regioselective and diastereoselective by 1H NMR spectroscopy. The configuration of the newly formed stereocenter was determined by Mosher’s ester analysis.

Zinc mediated azide-alkyne ligation to 1,5- and 1,4,5-substituted 1,2,3-triazoles

A mild method for regioselective formation of 1,5-substituted 1,2,3-triazoles is described. The zinc-mediated reaction works at room temperature and is successful across a wide range of azido/alkynyl substrates. Additionally, the triazole 4-position can be further functionalized through the intermediate aryl-zinc to accommodate a diverse three-component coupling strategy.

Biosynthesis of antimalarial lignans from Holostylis reniformis

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Terpenos e lignanas de Aristolochiaceae

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Continuous enzymatic interesterification of milkfat with soybean oil produces a highly spreadable product rich in polyunsaturated fatty acids

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Increase of leishmanicidal and tubercular activities using steroids linked to aminoquinoline

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

I. Development of the In Situ Reductive Ozonolysis of Alkenes with Tertiary Amine N-Oxides. II. Progress toward the Asymmetric Synthesis of Peroxyplakoric Acid A3.

Ozone, first discovered in the mid 1800’s, is a triatomic allotrope of oxygen that is a powerful oxidant. For over a century, research has been conducted into the synthetic application and mechanism of reactions of ozone with organic compounds. One of the major areas of interest has been the ozonolysis of alkenes. The production of carbonyl compounds is the most common synthetic application of ozonolysis. The generally accepted mechanism developed by Rudolf Criegee for this reaction involves the 1,3-electrocyclic addition of ozone to the π bond of the alkene to form a 1,2,3-trioxolane or primary ozonide. The primary ozonide is unstable at temperatures above -100 °C and undergoes cycloreversion to produce the carbonyl oxide and carbonyl intermediates. These intermediates then recombine in another 1,3-electrocyclic addition step to form the 1,2,4-trioxolane or final ozonide. While the final ozonide is often isolable, most synthetic applications of ozonolysis require a subsequent reductive or oxidative step to form the desired carbonyl compound. During investigations into the nucleophilic trapping of the reactive carbonyl oxide, it was discovered that when amines were used as additives, an increased amount of reaction time was required in order to consume all of the starting material. Surprisingly, significant amounts of aldehydes and a suppression of ozonide formation also occurred which led to the discovery that amine N-oxides formed by the ozonation of the amine additives in the reaction were intercepting the carbonyl oxide. From the observed production of aldehydes, our proposed mechanism for the in situ reductive ozonolysis reaction with amine N-oxides involves the nucleophilic trapping of the carbonyl oxide intermediate to produce a zwitterionic adduct that fragments into 1O2, amine and the carbonyl thereby avoiding the formation of peroxidic intermediates. With the successful total syntheses of peroxyacarnoates A and D by Dr. Chunping Xu, the asymmetric total synthesis of peroxyplakorate A3 was investigated. The peroxyplakoric acids are cyclic peroxide natural products isolated from the Plakortis species of marine sponge that have been found to exhibit activity against malaria, cancer and fungi. Even though the peroxyplakorates differ from the peroxyacarnoates in the polyunsaturated tail and the head group, the lessons learned from the syntheses of the peroxyacarnoates have proven to be valuable in the asymmetric synthesis of peroxyplakorate A3. The challenges for the asymmetric synthesis of peroxyplakorate A3 include the stereospecific formation of the 3-methoxy-1,2-dioxane core with a propionate head group and the introduction of oxidation sensitive dienyl tail in the presence of a reduction sensitive 1,2-dioxane core. It was found that the stereochemistry of two of the chiral centers could be controlled by an anti-aldol reaction of a chiral propionate followed by the stereospecific intramolecular cyclization of a hydroperoxyacetal. The regioselective ozonolysis of a 1,2-disubstituted alkene in the presence of a terminal alkyne forms the required hydroperoxyacetal as a mixture of diastereomers. Finally, the dienyl tail is introduced by a hydrometallation/iodination of the alkyne to produce a vinyl iodide followed by a palladium catalyzed coupling reaction. While the coupling reaction was unsuccessful in these attempts, it is still believed that the intramolecular cyclization to introduce the 1,2-dioxane core could prove to be a general solution to many other cyclic peroxides natural products.

Rhodium-Catalyzed Hydroboration: Directed Asymmetric Desymmetrization

Rhodium-catalyzed asymmetric hydroboration in conjunction with directing groups can be used control relative and absolute stereochemistry. Hydroboration has the potential to create new C–C, C–O, and C–N bonds from an intermediate C–B bond with retention of stereochemistry. Desymmetrization resulting in the loss of one or more symmetry elements can give rise to molecular chirality, i.e., the conversion of a prochiral molecule to one that is chiral. Unsaturated amides and esters hold the potential for two-point binding to the rhodium catalyst and have been shown to direct the regiochemistry and impact stereochemistry in asymmetric hydroborations of acyclic β,γ-unsaturated substrates. In the present study, the pendant amide functionality directs the hydroboration cis in the cyclic substrates studied; the corresponding ester substrates do so to a lesser extent. The enantioselectivity is determined by regioselective addition to the re or si site of the rhodium-complexed alkene. The effect of catalyst, ligand and borane on the observed diastereoselectivity and enantioselectivity for a variety of cyclopentenyl ester and amide substrates is discussed.