Utilização de α,α-Diclorociclobutanonas em Síntese de Produtos Naturais

The preparation and chemical potentiality of a,a-dichlorocyclobutanones as useful intermediates in the total synthesis of natural products are reviewed. Some aspects related to the recent advances reported in the literature about the mechanism of [2+2] cycloaddition reaction between dichloroketene and olefins are also presented.

Síntese de novos herbicidas derivados do 1,2alfa,4alfa,5-tetrametil-8-oxabiciclo[3.2.1]oct-6-en-3-ona

In this paper we report the synthesis of biologically active compounds through a [3+4] cycloaddition reaction to produce the main frame structure, followed by several conventional transformations. The 1,2alpha,4alpha,5-tetramethyl-8-oxabicyclo[3.2.1]oct-6-en-3-one (11) obtained from a [3+4] cycloaddition reaction was converted into 1,2alpha,4alpha,5-tetramethyl-6,7-exo-isopropylidenedioxi-8 -oxabicyclo[3.2.1]octan-3-one (13) in 46% yield. This was further converted into the alcohols 1,2alpha,4alpha,5-tetramethyl-6,7-exo-isopropylidenedioxi-8-oxabicyclo[3.2.1]octan-3 alpha-ol (14), 1,2alpha,4alpha,5-tetramethyl-6,7-exo-isopropylidenedioxi-8 -oxabicyclo[3.2.1]octan-3beta-ol (15), 1,2alpha,4alpha,5-tetramethyl-3-butyl-6,7-exo-isopropylidenedioxi-8-oxabicyclo[3.2.1]octan-3 alpha-ol (17), 1,2alpha,4alpha,5-tetramethyl-3-hexyl-6,7-exo-isopropylidenedioxi-8-oxabicyclo[3.2.1]octan-3 alpha-ol (18) and 1,2alpha,4alpha,5-tetramethyl-3-decyl-6,7-exo-isopropylidenedioxi-8-oxabicyclo[3.2.1]octan-3 alpha-ol (19). Dehydration of 17, 18 and 19 with thionyl chloride in pyridine resulted in the alkenes 20, 21 and 22 in ca. 82% - 89% yields from starting alcohols. The herbicidal activity of the compounds synthesized was evaluated at a concentration of 100 µg g-1. The most active compound was 21 causing 42,7% inhibition against Cucumis sativus L.

The role of aromaticity in determining the molecular structure and reactivity of (endohedral metallo)fullerenes

The encapsulation of metal clusters in endohedral metallofullerenes (EMFs) takes place in cages that in most cases are far from being the most stable isomer in the corresponding hollow fullerenes. There exist several possible explanations for the choice of the hosting cages in EMFs, although the final reasons are actually not totally well understood. Moreover, the reactivity and regioselectivity of (endohedral metallo)fullerenes have in the past decade been shown to be generally dependent on a number of factors, such as the size of the fullerene cage, the type of cluster that is being encapsulated, and the number of electrons that are transferred formally from the cluster to the fullerene cage. Different rationalizations of the observed trends had been proposed, based on bond lengths, pyramidalization angles, shape and energies of (un)occupied orbitals, deformation energies of the cages, or separation distances between the pentagon rings. Recently, in our group we proposed that the quest for the maximum aromaticity (maximum aromaticity criterion) determines the most suitable hosting carbon cage for a given metallic cluster (i.e. EMF stabilization), including those cases where the IPR rule is not fulfilled. Moreover, we suggested that local aromaticity plays a determining role in the reactivity of EMFs, which can be used as a criterion for understanding and predicting the regioselectivity of different reactions such as Diels-Alder cycloadditions or Bingel-Hirsch reactions. This review highlights different aspects of the aromaticity of fullerenes and EMFs, starting from how this can be measured and ending by how it can be used to rationalize and predict their molecular structure and reactivity

Síntese e avaliação preliminar da atividade antinociceptiva de novas isoxazolil-aril-hidrazonas

New 2-isoxazoline aldehydes were synthesized, in good yields, from cycloadduct of the 1,3-dipolar cycloaddition reaction between endocyclic enecarbamate and carboethoxyformonitrile oxide (CEFNO). Condensation of these 2-isoxazoline aldehydes with several phenyl-hydrazines produced new isoxazolyl-aryl-hydrazones, which showed low toxicity and excellent antinociceptive activity, when compared to dipyrone. The antinociceptive activity of isoxazolyl-aryl-hydrazones was performed using the acetic acid-induced mice abdominal constrictions test.

Applications of dihydroarenediols to chemoenzymatic synthesis : approaches to total synthesis of morphine alkaloids

The present studies describe, as a primary goal, our recent progess toward the synthesis of morphine alkaloids from aromatic precursors. Model substrates were synthesized which allowed investigation into Diels-Alder, radical cascade, and palladium-catalyzed bond-forming reactions as possible routes to the morphine alkaloid skeleton. As a secondary objective, three separate series of aromatic substrates were subjected to whole-cell oxidation with Escherichia coli JM 109 (pDTG601), a recombinant organism over-expressing the enzyme toluene dioxygenase. Included in this study were bromothioanisoles, dibromobenzenes, and cyclopropylbenzene derivatives. The products of oxidation were characterized by chemical conversion to known intermediates. The synthetic utility of one of these bacterial metabolites, derived from oxidation of o-dibromobenezene, was demonstrated by chemical conversion to (-)conduritol E.

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.

Explorations of Intramolecular [5+2] Cycloadditions of Ring-Constrained Vinylcyclopropanes

The first example of a [5+2] cycloaddition reaction wherein the olefin of the vinylcyclopropyl moiety is constrained in a carbocycle was explored, and possible reasons on the lack of reactivity of the substrate were studied. A simple model substrate was synthesized and subjected to cycloaddition conditions to determine if the reason for the lack of reactivity was related to the complexity of the substrate, or if the lack of “conjugative character” of the cyclopropyl ring with respect to the olefin is responsible. A more complex bicyclic substrate possessing an angular methyl group at the ring junction was also synthesized and explored, with evidence supporting the current theory of deconjugation of the cyclopropyl moiety.

Synthèse de 4-désoxy hexopyrannoses, C-disaccharides et C-glycosides biologiquement actifs

Les glucides constituent la classe de molécules organiques la plus abondante et ceux-ci jouent des rôles cruciaux dans divers processus biologiques. De part leur importance médicinale, la préparation des désoxy-sucres, des C-glycosides et des C-disaccharides est devenue un sujet de pointe en synthèse organique. De façon générale, cette thèse décrit une nouvelle synthèse de novo des 4-désoxy hexopyrannoses en plus de la préparation de C-glycosides biologiquement actifs. De plus, une attention particulière a été portée à la préparation de novo de 4-désoxy-C-disaccharides. Dans un premier temps, le catalyseur de Cr(III) de Jacobsen et un complexe binaphtol/titane ont été utilisés pour réaliser des hétéro-Diels-Alder énantiosélectives. Les dihydropyrannes ainsi générés ont été transformés en 4-désoxy hexopyrannoses présents dans la nature. De cette façon, un dérivé de l’acide ézoaminuroïque, un précurseur de la désosamine et de la néosidomycine, a été préparé suivant cette approche de novo. De plus, à titre comparatif, la néosidomycine a également été fabriquée selon une approche chiron, à partir du méthyl alpha-D-mannopyrannoside. Finalement, une évaluation biologique préliminaire de la néosidomycine a été effectuée sur une la concanavaline-A (Chapitre 2). Dans un deuxième temps, une allylation stéréosélective sur un aldéhyde lié via des liens C-C à une unité mannoside a permis de générer un alcool homoallylique. Cette dernière fonctionnalité a été transformée en 4-désoxy hexopyrannose de configuration D ou L. De cette façon, la préparation de pseudo 4-désoxy-C-disaccharides, de 4-désoxy-C-disaccharides et de pseudo 4-désoxy aza-C-disaccharides a facilement été réalisée. Les rapports diastéréoisomériques de la réaction d’allylation ont été déterminés en plus de la configuration absolue des nouveaux centres stéréogéniques formés. La transformation des alcools homoallyliques en pyrannes poly hydroxylés ou en lactames poly hydroxylés a été réalisée, en plus de la déprotection de certains membres de cette famille pour une évaluation biologique préliminaire sur la concanavaline-A (Chapitre 3). Finalement, la synthèse de C-glycosides biologiquement actifs a été réalisée selon deux volets: i) préparation de 3-C-mannopyrannosyl coumarines et ii) synthèse de C-galactosides, inhibiteurs de la lectine PA-IL. Pour ce faire, le couplage de Heck a été utilisé à partir d’un ester alpha,bêta-insaturé, attaché à une unité glycosidique via des liens C-C, pour générer un dérivé glycosyl cinnamate de méthyle. Cependant, lorsque le 2-iodophénol est utilisé comme partenaire de Heck, la coumarine correspondante a été isolée. Les dérivés C-galactopyrannosyl cinnamates de méthyle représentent de bons inhibiteurs monovalents de la PA-IL avec un Kd aussi bas que 37 micro M (Chapitre 4).

Les esters cyclopropane-1,1-dicarboxyliques et les dérivés cyclopropaniques 1,2,3-substitués : synthèses et applications

Les cyclopropanes sont des motifs d’une grande importance puisqu’ils sont présents dans plusieurs molécules biologiquement actives en plus d’être de puissants intermédiaires dans la synthèse de molécules complexes. Au cours de cet ouvrage, nous avons développé une nouvelle méthode générale pour la synthèse d’ylures d’iodonium de malonates, soit d’importants précurseurs d’esters cyclopropane-1,1-dicarboxyliques. Ainsi, à l’aide de ces ylures, une méthode très efficace pour la synthèse d’esters cyclopropane-1,1-dicarboxyliques racémiques a été développée. Des travaux ont aussi été entrepris pour la synthèse énantiosélective de ces composés. Par ailleurs, les esters cyclopropane-1,1-dicarboxyliques ont été utilisés dans le développement de deux nouvelles méthodologies, soit dans une réaction de cycloaddition (3+3) avec des imines d’azométhines et dans la formation d’allènes par l’addition-1,7 de cuprates. Nous avons aussi poursuivi l’étude synthétique du cylindrocyclophane F impliquant l’utilisation de cyclopropanes pour le contrôle des centres chiraux. Ainsi l’addition-1,5 d’un cuprate sur un ester cyclopropane-1,1-dicarboxylique a été utilisée comme l’une des étapes clés de notre synthèse. L’autre centre chiral a pu être contrôlé par l’hydrogénolyse sélective d’un cyclopropylméthanol. Ces études ont, par ailleurs, mené au développement d’une nouvelle réaction d’arylcyclopropanation énantiosélective utilisant des carbénoïdes de zinc générés in situ à partir de réactifs diazoïques. Cette méthode permet d’accéder très efficacement aux cyclopropanes 1,2,3-substitués. De plus, nous avons développé la première réaction de Simmons-Smith catalytique en zinc menant à un produit énantioenrichi.

Méthodologie pour la synthèse combinatoire d’azapeptides: application à la synthèse d’analogues aza-GHRP-6 en tant que ligands du récepteur CD36

Les azapeptides sont des mimes peptidiques où le carbone alpha d’un ou de plusieurs acides aminés est remplacé par un atome d’azote. Cette modification tend à stabiliser une conformation en repliement beta en raison de la répulsion électronique entre les paires d’électrons libres des atomes d’azote adjacents et de la géométrie plane de l’urée. De plus, le résidu semicarbazide a une meilleure résistance face aux protéases en plus d’être chimiquement plus stable qu’une liaison amide. Bien que les propriétés des azapeptides en fassent des mimes peptidiques intéressants, leurs méthodes de synthèses font appel à la synthèse laborieuse d’hydrazines substituées en solution. Le peptide sécréteur d’hormone de croissance 6 (GHRP-6, His-D-Trp-Ala-Trp-D-Phe-Lys-NH2) est un hexapeptide synthétique qui possède une affinité pour deux récepteurs distincts: les récepteurs GHS-R1a et CD36. Les travaux effectués au cours de mon doctorat qui seront détaillés dans cet ouvrage visent à atteindre deux objectifs: (1) le développement d’analogues du peptide GHRP-6 sélectif à un seul récepteur et (2) la mise au point d’une nouvelle méthodologie pour la synthèse combinatoire d’azapeptides. En réponse au premier objectif, la synthèse parallèle de 49 analogues aza-GHRP-6 a été effectuée et certains candidats sélectifs au récepteur CD36 ont été identifiés. L’étude de leurs propriétés anti-angiogéniques, effectuée par nos collaborateurs, a également permis d’identifier des candidats intéressants pour le traitement potentiel de la dégénérescence maculaire liée à l’âge. Une nouvelle approche pour la synthèse combinatoire d’azapeptides, faisant appel à l’alkylation et la déprotection chimiosélective d’une sous-unité semicarbazone ancrée sur support solide, a ensuite été développée. La portée de cette méthodologie a été augmentée par la découverte de conditions permettant l’arylation régiosélective de cette sous-unité semicarbazone, donnant accès à treize nouveaux dérivés aza-GHRP-6 possédant des résidus aza-arylglycines aux positions D-Trp2 et Trp4. L’élaboration de conditions propices à l’alkylation et la déprotection chimiosélective de la semicarbazone a donné accès à une variété de chaînes latérales sur l’acide aminé « aza » préalablement inaccessibles. Nous avons, entre autres, démontré qu’une chaîne latérale propargyl pouvait être incorporée sur l’acide aminé « aza ». Tenant compte de la réactivité des alcynes, nous avons ensuite élaboré des conditions réactionnelles permettant la formation in situ d’azotures aromatiques, suivie d’une réaction de cycloaddition 1,3-dipolaire sur support solide, dans le but d’obtenir des mimes de tryptophane. Sept analogues du GHRP-6 ont été synthétisés et testés pour affinité au récepteur CD36 par nos collaborateurs. De plus, nous avons effectué une réaction de couplage en solution entre un dipeptide possédant un résidu aza-propargylglycine, du paraformaldehyde et une variété d’amines secondaires (couplage A3) afin d’accéder à des mimes rigides d’aza-lysine. Ces sous-unités ont ensuite été incorporées sur support solide afin de générer sept nouveaux azapeptides avec des dérivés aza-lysine à la position Trp4 du GHRP-6. Enfin, une réaction de cyclisation 5-exo-dig a été développée pour la synthèse de N-amino imidazolin-2-ones en tant que nouveaux mimes peptidiques. Leur fonctionnalisation par une série de groupements benzyliques à la position 4 de l’hétérocycle a été rendue possible grâce à un couplage Sonogashira précédant la réaction de cyclisation. Les propriétés conformationnelles de cette nouvelle famille de composés ont été étudiées par cristallographie aux rayons X et spectroscopie RMN d’un tétrapeptide modèle. L’activité biologique de deux mimes peptidiques, possédant un résidu N-amino-4-méthyl- et 4-benzyl-imidazolin-2-one à la position Trp4 du GHRP-6, a aussi été examinée. L’ensemble de ces travaux devrait contribuer à l’avancement des connaissances au niveau des facteurs structurels et conformationnels requis pour le développement d’azapeptides en tant que ligands du récepteur CD36. De plus, les résultats obtenus devraient encourager davantage l’utilisation d’azapeptides comme peptidomimétiques grâce à leur nouvelle facilité de synthèse et la diversité grandissante au niveau de la chaîne latérale des acides aminés « aza ».

Studies on the Synthesis and Transformations of a Few 2(3H)- and 3(2H)-Furanones

The thesis entitled studies on the synthesis and transformations of a few 2(3H)- and 3(2H)- furanones. Furanones represent an interesting class of heterocyclic compounds, which constitute the central ring system of many natural products. The derivatives of furan is divided, depending on their structure 2(3H)-furanones(I), 2(5H)-furanones(II), and 3(2H)-furanones(III). Systems I&II are unsatured gama lactones known as ‘butenolides’. Compounds of this type also known as ‘crotonolactones’ based on the parent crotonic acid. In conclusion a number of 2(3H)-and 3(2H)- furanones were synthesized from dibenzoylalkene precursors and were characterized on the basis of spectral analytical and X-ray data. On direct irradiation 3,3-bis(4-chloropheneyl)-5-aryl-3H-furan -2-ones underwent decarbonylation to yield the corresponding alpha, beta- unsaturated carbonyl compounds and upon sensitized irradiation they underwent dimersation arising through a 2+2 cycloaddition reaction. Our studies on 3(2H)-furanones revealed that these compounds are thermally stable, while they undergo extensive decomposition to intractable mixtures under the influence of light. Similarly, the novel dibenzoylalkenes- type systems containing hetroatomatic rings synthesized by us also underwent extensive decomposition under the influence of heat. Some of the 3(2H)-furanones synthesized by us exhibit remarkable anti-proliferative activity.

Reaccions de cicloaddició [2+2+2] catalitzades per Rh(I)

The development of new chemical processes and efficient catalysts for the formation of carbon-carbon bonds is an important topic in organic chemistry. In particular, the [2+2+2] cycloaddition reaction involving different insaturations mainly alkynes, alkenes and nitriles is a highly efficient synthetic tool that allows polysubstituted benzenic, cyclohexadienic and pyridinic compounds to be obtained in one reaction step and in an atom economy process, resulting in the simultaneous formation of three new bonds in the formed ring. In recent years, research to produce new catalysts that can work effectively in mild reaction conditions has attracted great interest, as has the use of these processes in the synthesis of products of potential biological interest. This doctoral thesis is based on the methodological study of the rhodium(I)-catalyzed [2+2+2] cycloaddition reaction.

Carbanucleosides: synthesis of both enantiomers of 2-(6-chloro-purin-9-yl)-3,5-bishydroxymethyl cyclopentanol from D-glucose

The key intermediate 1,2:5,6-di-O-isopropylidene-3-deoxy-3 beta-allyl-alpha-D-glucofuranose (8) could be conveniently prepared through radical induced allyl substitution at C-3 of appropriate 1,2:5,6-di-O-isopropylidene-alpha-D-glucofuranose derivatives (7a,b) and used to synthesize enantiomeric bishydroxymethyl aminocyclopentanols 13 and 19 by the application of a 1,3-dipolar nitrone cycloaddition reaction involving the C-5 or C-1 aldehyde functionality. The products were subsequently transformed into carbanucleoside enantiomers 15 and 21. The diastercomeric isoxazolidinocyclopentane derivative 20 was similarly converted to carbanucleoside 22. (c) 2006 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Exploiting thermally-reversible chemistry for controlling the crosslinking of polymer networks

High explosives are highly sensitive to accidental detonation by impact, fire, shrapnel and small arms fire. This sensitivity can be reduced by storing the energetic material within a rubbery polymer matrix and are known as plastic bonded explosives (PBX). The current procedure used to manufacture PBX involves mixing the energetic material with a hydroxy-functionalised aliphatic polymer. Upon the addition of an isocyanate crosslinker an immediate polymerisation occurs and thus the rapidly curing mixture must be used to fill the missile or shells, referred to as ‘stores’. This process can lead to poor distribution of the crosslinker resulting in the formation of an inhomogeneously crosslinked matrix and the formation of voids. One solution to this problem involves containing the crosslinker within polyurethane microcapsules that are uniformly dispersed in the explosive-polymer mixture. Upon the application of a stimulus the crosslinker can be released from the microcapsules and the formation of a uniformly crosslinked PBX achieved. Herein is reported the design and synthesis of polyurethane microcapsules that release isocyanate crosslinkers when desired using a thermal stimulus. This has been achieved by exploiting the thermally-reversible nature of oxime-urethane and Diels-Alder adducts that have been incorporated into the shell wall of the microcapsules. An alternative approach to controlling the polymerisation of PBX materials has also been achieved using thermally-reversible blocked isocyanates that regenerate the isocyanate crosslinker when exposed to heat.

Furan interaction with the Si(001)-(2 x 2) surface: structural, energetics, and vibrational spectra from first-principles

In this work we employ the state of the art pseudopotential method, within a generalized gradient approximation to the density functional theory, to investigate the adsorption process of furan on the silicon (001) surface. A direct comparison of different adsorption structures with x-ray photoelectron spectroscopy (XPS), ultra-violet photoelectron spectroscopy (UPS), high resolution electron energy loss spectroscopy (HREELS), near edge x-ray absorption fine structure (NEXAFS), and high resolution spectroscopy experimental data allows us to identify the [4 + 2] cycloaddition reaction as the most probable adsorbate. In addition, theoretical scanning tunnelling microscopy (STM) images are presented, with a view to contributing to further experimental investigations.