Synthèse stéréosélective de motifs polypropionates via la chimie des radicaux : application à l'élaboration de l'hémisphère ouest de la narasine

Cet ouvrage traite principalement de la synthèse de motifs polypropionates de type stéréopentade ainsi qu’une application à la synthèse d’une molécule naturelle possèdant des propriétés biologiques. La stratégie envisagée pour l’élaboration de ces motifs récurrents dans plusieurs structures d’origine naturelle fait appel à la chimie des radicaux. Cette thèse se divise en différents chapitres dans lesquels la versatilité de la méthodologie développée sera démontrée. En premier lieu, il sera question de présenter l’importance de la synthèse de motifs polypropionates. Le domaine couvert par la chimie de ces molécules complexes hautement fonctionnalisées a contribué énormément à l’avancement de nos connaissances en synthèse organique, particulièrement dans le contexte des réactions impliquant des molécules acyliques. Une brève description des méthodes connues est présentée afin de saisir l’étendue des défis restants pour construire efficacement tous les isomères possibles des polypropionates de type stéréopentade. La stratégie proposée est basée sur une approche contrôlée entièrement par le substrat. Ce contrôle s’appuie sur le choix judicieux de l’acide de Lewis activant les deux réactions impliquées, soit la réaction de Mukaiyama et le transfert d’hydrogène. La seconde section de cette thèse concerne principalement le développement d’une réaction de Mukaiyama impliquant un éther d’énol silylé portant un lien pouvant être homolytiquement brisé dans la réaction suivante et un aldéhyde de type propionate. Le contrôle de l’aldolisation provient de la nature de l’acide de Lewis. Une espèce monodentate (BF3·OEt2) génère une relation 3,4-syn selon le modèle dit Felkin-Anh tandis que les acides de Lewis bidentates mènent à la relation 3,4-anti via un état de transition définit comme Cram-chélate. Une optimisation des conditions réactionnelles en variant l’acidité et la stoechiométrie de l’acide de Lewis de titane a permis de construire diastéréosélectivement le produit de Mukaiyama ayant une relation 3,4-anti. En outre, la nature des complexes impliqués dans ces réactions a été élucidée par des études RMN 13C à basse température. Une fois les précurseurs radicalaires synthétisés, notre méthodologie de réduction par transfert d’hydrogène contrôlée également par les acides de Lewis s’avère très efficace. Les acides de Lewis dérivés d’aluminium mènent sélectivement à la relation 2,3-syn selon un contrôle endocyclique tandis que les acides de Lewis de bore permettent la création des relations 2,3-anti en se basant sur une stabilisation par les divers facteurs de contrôle de molécules acycliques. Cette stratégie novatrice nous a ainsi permis de construire efficacement les 16 diastéréoisomères possibles. Le chapitre suivant concerne l’application de cette méthodologie à la synthèse de l’hémisphère ouest de la salinomycine et de la narasine. Plusieurs défis synthétiques ont été relevés à cette occasion par la présence de nombreux centres stéréogènes contigus. Nous avons réalisé que la relation stéréochimique 2,3-anti de la salinomycine n’est pas accessible sélectivement par la chimie des radicaux via l’effet exocyclique. Des études ont été entreprises afin de comprendre cette perte de sélectivité. Les conclusions suggèrent que les substituants sur le cycle imposent un biais conformationnel conduisant à des faibles sélectivités. Une alternative utilisant un réactif de crotylsilane chiral a été développée pour arriver à la molécule cible. Cette situation est différente dans le cas de la narasine où la présence du méthyle sur le carbone en position β du radical bloque efficacement l’approche d’une des faces d’attaque par l’hydrure. Des sélectivités impressionnantes nous ont permis de construire le fragment C1-C9 de la narasine de manière expéditive et efficace. Finalement, l’élongation sélective utilisant à nouveau la séquence d’aldolisation de Mukaiyama/réduction radicalaire suivie d’un couplage de type aldol stéréosélectif conduit au fragment C1-C17 de la narasine (hémisphère ouest)en 19 étapes avec un rendement global de l’ordre de 7 %. En dernier lieu, nous nous sommes penchés sur la réactivité des α-bromo-β- alkoxycétones lors de transfert d’hydrogène. Nous avons découvert que la chimie de ces derniers pourrait s’avérer utile dans le contexte de la synthèse de motifs complexes polypropionates. La présence d’un centre stéréogène de l’autre coté de la cétone semble avoir un impact sur la sélectivité.

New insights into the substrate specificities of microbial transglutaminase: a biocatalytic perspective

La transglutaminase microbienne (Microbial transglutaminase : MTG) est fortement exploitée dans l’industrie textile et alimentaire afin de modifier l’apparence et la texture de divers produits. Elle catalyse la formation de liaisons iso-peptidiques entre des protéines par l’entremise d’une réaction de transfert d’acyle entre le groupement γ-carboxamide d’une glutamine provenant d’un substrat donneur d’acyle, et le groupement ε-amino d’une lysine provenant d’un substrat accepteur d’acyle. La MTG est tolérante à un large éventail de conditions réactionnelles, ce qui rend propice le développement de cette enzyme en tant que biocatalyseur. Ayant pour but le développement de la MTG en tant qu’alternative plus soutenable à la synthèse d’amides, nous avons étudié la réactivité d’une gamme de substrats donneurs et accepteurs non-naturels. Des composés chimiquement diversifiés, de faible masse moléculaire, ont été testés en tant que substrats accepteurs alternatifs. Il fut démontré que la MTG accepte une large gamme de composés à cet effet. Nous avons démontré, pour la première fois, que des acides aminés non-ramifiés et courts, tels la glycine, peuvent servir de substrat accepteur. Les α-acides aminés estérifiés Thr, Ser, Cys et Trp, mais pas Ile, sont également réactifs. En étendant la recherche à des composés non-naturels, il fut observé qu’un cycle aromatique est bénéfique pour la réactivité, bien que les substituants réduisent l’activité. Fait notable, des amines de faible masse moléculaire, portant les groupements de forte densité électronique azidure ou alcyne, sont très réactives. La MTG catalyse donc efficacement la modification de peptides qui pourront ensuite être modifiés ou marqués par la chimie ‘click’. Ainsi, la MTG accepte une variété de substrats accepteurs naturels et non-naturels, élargissant la portée de modification des peptides contenant la glutamine. Afin de sonder le potentiel biocatalytique de la MTG par rapport aux substrats donneurs, des analogues plus petits du peptide modèle Z-Gln-Gly furent testés; aucun n’a réagi. Nous avons toutefois démontré, pour la première fois, la faible réactivité d’esters en tant que substrats donneurs de la MTG. L’éventuelle amélioration de cette réactivité permettrait de faire de la MTG un biocatalyseur plus général pour la synthèse d’amides. Mots clés: Lien amide, biocatalyse, biotransformation, transglutaminase, arrimage moléculaire, criblage de substrats, ingénierie de substrats.

Study of picosecond processes of an intercalated dipyridophenazine Cr(iii) complex bound to defined sequence DNAs using transient absorption and time-resolved infrared methods

Picosecond transient absorption (TA) and time-resolved infrared (TRIR) measurements of rac-[Cr(phen)2(dppz)]3+ (1) intercalated into double-stranded guanine-containing DNA reveal that the excited state is very rapidly quenched. As no evidence was found for the transient electron transfer products, it is proposed that the back electron transfer reaction must be even faster (<3 ps).

Aerosol properties, in-canopy gradients, turbulent fluxes and VOC concentrations at a pristine forest site in Amazonia

Aerosol physical and chemical properties were measured in a forest site in central Amazonia (Cuieiras reservation, 2.61S; 60.21W) during the dry season of 2004 (Aug-Oct). Aerosol light scattering and absorption, mass concentration, elemental composition and size distributions were measured at three tower levels (Ground: 2 m; Canopy: 28 m, and Top: 40 m). For the first time, simultaneous eddy covariance fluxes of fine mode particles and volatile organic compounds (VOC) were measured above the Amazonian forest canopy. Aerosol fluxes were measured by eddy covariance using a Condensation Particle Counter (CPC) and a sonic anemometer. VOC fluxes were measured by disjunct eddy covariance using a Proton Transfer Reaction Mass Spectrometer (PTR-MS). At nighttime, a strong vertical gradient of phosphorus and potassium in the aerosol coarse mode was observed, with higher concentrations at Ground level. This suggests a source of primary biogenic particles below the canopy. Equivalent black carbon measurements indicate the presence of light-absorbing aerosols from biogenic origin. Aerosol number size distributions typically consisted of superimposed Aitken (76 nm) and accumulation modes (144 nm), without clear events of new particle formation. Isoprene and monoterpene fluxes reached respectively 7.4 and 0.82 mg m(-2) s(-1) around noon. An average fine particle flux of 0.05 +/- 0.10 10(6) m(-2) s(-1) was calculated, denoting an equilibrium between emission and deposition fluxes of fine mode particles at daytime. No significant correlations were found between VOC and fine mode aerosol concentrations or fluxes. (C) 2009 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Scientific program of the Radioactive Ion Beams Facility in Brasil (RIBRAS)

The RIBRAS facility (Radioactive Ion Beams in Brasil) is installed in connection with the 8MV Pelletron tandem of the University of Sao Paulo Physics Institute. It consists of two superconducting solenoids which focalize light radioactive secondary beams of low energy, produced by transfer reactions. Recent experimental results include the elastic scattering and transfer reactions of (6)He halo nucleus on (9)Be, (27)Al, (51)V and (120)Sn targets. The elastic scattering and transfer of (8)Li and (7)Be on several targets is also being studied. The transfer reaction (8)Li(p,alpha)(5)He of astrophysical interest was also Studied in the E(cm)=0.2-2.5 MeV energy range.

Optimization of incubation time of protein Tc85 in the construction of biosensor: Is the EIS a good tool?

Electrochemical impedance spectroscopy (EIS) in pH 6.9 phosphate buffer solution was used to investigate each step of the procedure employed to modify a screen-printed electrode (SPE). The SPE was modified with self-assembled monolayers (SAMs) of cystamine (CYS, deposited from 20 mM solution), followed by glutaraldehyde (GA, 0.3 M solution). The Trypanosoma cruzi antigen was immobilized using different deposition times. The influence of incubation time (2-18 h) of protein was also investigated. The topography of modified electrode with this protein was investigated by atomic force microscopy (AFM). Interpretation of impedance data was based on physical and chemical adsorption, and degradation of the layer at high and meddle frequencies, and charge transfer reaction involving mainly the reduction of oxygen at low frequencies. EIS studies on modified electrodes with Tc85 protein immobilized for different incubation times indicated that the optimum incubation time was 6-8 h. It was demonstrated that EIS is a good technique to evaluate the different steps and the integrity of the surface modifications, and to optimize the incubation time of protein in the development of biosensors. (C) 2010 Elsevier B.V. All rights reserved.

Thionicotinamide SAM on Gold: Adsorption Studies and Electroactivity

STM and impedance results of the self-assembled monolayer (SAM) formed with thionicotinamide (TNA) on gold indicate the presence of defects that increase with the immersion time of the electrode in the TNA solution affecting the SAM electroactivity toward the electron transfer reaction of the cytochrome e metalloprotein and [Fe(CN)(6)](4-) and [Ru(NH(3))(6)](3+) complexes. It was observed that this electroactivity was also affected by the pH of the electrolyte solution. SERS and STM data indicate sulfur coordination to the surface with contribution of the NH(2) group. From the dependence of the TNA surface coverage on the temperature and concentration in solution, thermodynamic parameters of adsorption were determined.

Microwave-Assisted Derivatization of Cellulose in an Ionic Liquid: An Efficient, Expedient Synthesis of Simple and Mixed Carboxylic Esters

Microwave (MW)-assisted cellulose dissolution in ionic liquids (ILs) has routinely led either to incomplete biopolymer solubilization, or its degradation. We show that these problems can be avoided by use of low-energy MW heating, coupled with efficient stirring. Dissolution of microcrystalline cellulose in the IL 1-allyl-3-methylimidazolium chloride has been achieved without changing its degree of polymerization; regenerated cellulose showed pronounced changes in its index of crystallinity, surface area, and morphology. MW-assisted functionalization of MCC by ethanoic, propanoic, butanoic, pentanoic, and hexanoic anhydrides has been studied. Compared with conventional heating, MW irradiation has resulted in considerable decrease in dissolution and reaction times. The value of the degree of substitution (DS) was found to be DS(ethanoate) > DS(propanoate) > DS(butanoate). The values of DS(pentanoate) and DS(hexanoate) were found to be slightly higher than DS(ethanoate). This surprising dependence on the chain length of the acylating agent has been reported before, but not rationalized. On the basis of the rate constants and activation parameters of the hydrolysis of ethanoic, butanoic, and hexanoic anhydrides in aqueous acetonitrile (a model acyl transfer reaction), we suggest that this result may be attributed to the balance between two opposing effects, namely, steric crowding and (cooperative) hydrophobic interactions between the anhydride and the cellulosic surface, whose lipophilicity has increased, due to its partial acylation. Four ethanoate-based mixed esters were synthesized by the reaction with a mixture of the two anhydrides; the ethanoate moiety predominated in all products. The DS is reproducible and the IL is easily recycled. (C) 2009 Wiley Periodicals, Inc. J Polym Sci Part A: Polym Chem 48: 134-143, 2010

Electrochemical and spectroscopic characterization of screen-printed gold-based electrodes modified with self-assembled monolayers and Tc85 protein

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

Optimization of incubation time of protein Tc85 in the construction of biosensor: Is the EIS a good tool?

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

Eletrodo de pasta de carbono em minicavidade de contato sólido

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Electrochemical studies with a Cu-5wt.%Ni alloy in 0.5 M H2SO4

The electrochemical behavior of the annealed Cu-5wt.%Ni alloy in 0.5 M H2SO4 was studied by means of open-circuit potential (E-OCP) measurements, cyclic voltammetry, electrochemical impedance spectroscopy (EIS), and quasi-stationary linear potential sweep. The hydrodynamics of the system was also studied. This material is constituted by a single a, phase. The anodic behavior of a Cu-Ni alloy in H2SO4 consists fundamentally on the electrodissolution of Cu, its main component, and the formation of a sulfur-containing passive layer. The presence of Ni decreases the rate of Cu oxidation, mostly at high positive potentials. The impedance spectra, obtained for the unrotating electrode, can be interpreted in terms of a simple charge-transfer reaction across a surface layer. When the electrode is rotated, the occurrence of an inductive loop evidenced the existence of an adsorbed layer. All the resistance estimated from the proposed equivalent circuits diminished with the electrode rotation rate, emphasizing the influence of ion transport in the overall electrode process. The system presented two anodic Tafel slopes: 40 mV dec(-1) for E < 255 mV and 67 mV dec(-1) for E > 275 mV. A Tafel slope of 40 mV dec(-1) evidences that copper dissolution can be interpreted in terms of the mechanism proposed by Mattsson and Bockris. The second Tafel suggests that at potentials more positive than 275 mV, copper dissolves according to a mechanism that considers the disproportionation of adsorbed Cu(1) species. (C) 2003 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Estudo da corrosão de aços de elevado limite elástico e das suas uniões com metais duros ou cermet e com aço/WC-Co em 'NA''CL' 0,6 mol 'L POT. -1'

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Dinâmica de modelos minimalistas de solvente em reações de transferência de elétrons: aplicação à experimentos de única molécula

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Accurate ab initio potential energy surfaces for the (3)A '' and (3)A ' electronic states of the O(P-3) plus HBr system

In this work, we report the construction of potential energy surfaces for the (3)A '' and (3)A' states of the system O(P-3) + HBr. These surfaces are based on extensive ab initio calculations employing the MRCI+Q/CBS+SO level of theory. The complete basis set energies were estimated from extrapolation of MRCI+Q/aug-cc-VnZ(-PP) (n = Q, 5) results and corrections due to spin-orbit effects obtained at the CASSCF/aug-cc-pVTZ(-PP) level of theory. These energies, calculated over a region of the configuration space relevant to the study of the reaction O(P-3) + HBr -> OH + Br, were used to generate functions based on the many-body expansion. The three-body potentials were interpolated using the reproducing kernel Hilbert space method. The resulting surface for the (3)A '' electronic state contains van der Waals minima on the entrance and exit channels and a transition state 6.55 kcal/mol higher than the reactants. This barrier height was then scaled to reproduce the value of 5.01 kcal/mol, which was estimated from coupled cluster benchmark calculations performed to include high-order and core-valence correlation, as well as scalar relativistic effects. The (3)A' surface was also scaled, based on the fact that in the collinear saddle point geometry these two electronic states are degenerate. The vibrationally adiabatic barrier heights are 3.44 kcal/mol for the (3)A '' and 4.16 kcal/mol for the (3)A' state. (C) 2012 American Institute of Physics. [http://dx.doi.org/10.1063/1.4705428]