Synthèse diastéréosélective du fragment C1-C13 de la zincophorine par approche combinée utilisant une séquence d'aldolisation de Mukaiyama suivie d'une réduction radicalaire

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Synthèse d’un inhibiteur de la rénine, l’aliskiren et développement de méthodes catalytiques d’alkylation asymétrique

Une nouvelle approche pour la synthèse de l’aliskiren, un puissant inhibiteur de la rénine pour le traitement de l’hypertension chez l’homme, a été développée. De cette approche, des étapes clés tels qu’une allylation avec un des catalyseurs de MacMillan, une cyclisation par métathèse (RCM) pour la préparation d’une lactone à neuf membres et une séquence de réactions d’aziridination diastéréosélective/réarrangement de cycle par une catalyse acide donnant un produit aminohydroxylé ont permis de compléter la synthèse de l’aliskiren en 11 étapes. Durant l’élaboration de la séquence de réactions pour la préparation de l’aliksiren, il a été noté que la lactone à neuf membres avait une facilité à se réarranger via des intermédiaires quinonoïdaux et les produits issus de cette tendance ont été analysés. De plus, une étude sur la réaction de RCM, donnant la lactone à neuf membres, a montré une dépendance envers la nature diastéréomérique du substrat de départ. Une méthodologie d’alpha-allylation asymétrique de cétones catalysée au palladium, tirant avantage d’un ligand chiral PHOX, a été explorée et utilisée en vue de la synthèse de l’aliskiren. De cette méthode, une étude pour la synthèse de produits alpha-allylcétones acycliques a été démontrée et un effet d’additif sur la sélectivité et la vitesse de réaction a été découvert. De plus, la production d’un intermédiaire avancé d’un produit d’intérêts a été accomplie et la nature de la contribution de l’additif a été investiguée. Les produits obtenus depuis la méthodologie d’allylation catalysée au palladium et la formation d’intermédiaire cationique des certains dérivés de la synthèse de l’aliskiren ont inspirés une nouvelle approche faisant appel à des techniques d’alkylation en catalyse acide pour la formation de produits diaryliques. Il a été trouvé que le catalyseur de chlorure d’or(III) et de triflate de bismuth(III) étaient particulièrement efficaces, démontrant une différence de cinétique pour la réactivité d’un mélange diastéréoisomériques d’alcools alpha-substitués de départ.

Synthèse totale du méthyl ester de la zincophorine et étude DFT du transfert d’hydrogène diastéréosélectif impliquant des intermédiaires radicalaires vicinaux à un ester

Cet ouvrage traite d’une méthodologie pour l’induction de centres stéréogènes au sein des motifs propionates par la chimie des radicaux et de son application à la synthèse totale du méthyl ester de la zincophorine. Cet ionophore, aux propriétés biologiques intéressantes, présente plusieurs défis synthétiques dont une séquence de type polypropionate anti, anti, anti, anti difficilement accessible ainsi qu’un tétrahydropyrane trans trisubstitué. Récemment, l’intérêt renouvelé pour ces composés polyéthers, en tant qu’agents anticancéreux, accentue l’importance de stratégies versatiles permettant l’accès à ces structures ainsi qu’à leurs analogues. Depuis quelques années, notre groupe s’intéresse à la synthèse d’unités propionates acycliques par une séquence réactionnelle contrôlée uniquement par le substrat. La première étape découle d’une aldolisation de Mukaiyama entre un aldéhyde alpha-chiral et un énoxysilane tétrasubstitué portant une liaison carbone-halogène, et où l’issue stéréochimique dépend de la nature monodentate ou bidentate de l’acide de Lewis employé. La seconde réaction-clé implique la formation d’un radical tertiaire, vicinal à un ester, pouvant être réduit diastéréosélectivement en présence d’hydrure d’étain. La première section décrit l’élaboration de motifs tétrahydropyranes trisubstitués et l’induction des centres stéréogènes vicinaux par une réduction radicalaire. Nous avons révélé que l’issue diastéréosélective de la réaction de cyclisation par une iodoéthérification était dictée par le groupement gamma-méthyle des esters alpha,beta-insaturés de départ. Nous avons ensuite démontré que les produits de la réaction radicalaire anti et syn pouvaient être obtenus sélectivement à partir d’un intermédiaire commun, respectivement en prenant appui sur l’effet exocyclique ou endocyclique lors de la réduction. Par une stratégie complémentaire, nous avons révélé que le précurseur radicalaire pouvait également être obtenu par une réaction de cycloéthérification en présence d’un énoxysilane tétrasubstitué. Une étude systématique des substituants du cycle a révélé que certaines relations stéréochimiques conduisaient à une perte de sélectivité au détriment du produit anti. La seconde section concerne l’étude DFT au niveau BHandHLYP/TZVP des intermédiaires radicalaires impliqués lors du transfert d’hydrogène. Par une étude de décomposition de l’énergie d’activation, nous avons été en mesure de rationaliser l’issue diastéréosélective de la réaction sur la base des énergies de distorsion (∆Ed‡) et d’interaction (∆Eint‡) requises pour accéder à la paire d’états de transition pro-anti et pro-syn. De plus, nous avons démontré qu’une analyse NBO permettait de relativiser l’impact des interactions stéréoélectroniques. Par la suite, l’évaluation des intermédiaires radicalaires borinates et aluminates nous a permis de révéler que l’encombrement stérique de la chaîne propionate était la cause principale de la formation sélective des produits anti ou syn lors d’une réduction en présence d’un acide de Lewis. La dernière section décrit l’élaboration de la séquence polypropionate de la zincophorine, et de ses isomères, à partir du fragment tétrahydropyrane substitué. Au cours de notre étude, nous avons identifié que le nombre de sites de chélation potentiels devait être limité à trois lors de l’aldolisation en condition Cram-chélate. De plus, nous avons démontré que les différents motifs acétates sont accessibles sélectivement par l’utilisation d’un énoxysilane encombré. Par ailleurs, nous avons révélé qu’une même séquence réactionnelle pouvait être employée pour la synthèse du fragment C17–C25 de son analogue naturel CP-78,545, et avons complété la plus récente synthèse totale du méthyl ester de la zincophorine.

Mesures subjectives et épidémiologie : problèmes méthodologiques liés à l'utilisation des techniques psychométriques

L’utilisation des mesures subjectives en épidémiologie s’est intensifiée récemment, notamment avec la volonté de plus en plus affirmée d’intégrer la perception qu’ont les sujets de leur santé dans l’étude des maladies et l’évaluation des interventions. La psychométrie regroupe les méthodes statistiques utilisées pour la construction des questionnaires et l’analyse des données qui en sont issues. Ce travail de thèse avait pour but d’explorer différents problèmes méthodologiques soulevés par l’utilisation des techniques psychométriques en épidémiologie. Trois études empiriques sont présentées et concernent 1/ la phase de validation de l’instrument : l’objectif était de développer, à l’aide de données simulées, un outil de calcul de la taille d’échantillon pour la validation d’échelle en psychiatrie ; 2/ les propriétés mathématiques de la mesure obtenue : l’objectif était de comparer les performances de la différence minimale cliniquement pertinente d’un questionnaire calculée sur des données de cohorte, soit dans le cadre de la théorie classique des tests (CTT), soit dans celui de la théorie de réponse à l’item (IRT) ; 3/ son utilisation dans un schéma longitudinal : l’objectif était de comparer, à l’aide de données simulées, les performances d’une méthode statistique d’analyse de l’évolution longitudinale d’un phénomène subjectif mesuré à l’aide de la CTT ou de l’IRT, en particulier lorsque certains items disponibles pour la mesure différaient à chaque temps. Enfin, l’utilisation de graphes orientés acycliques a permis de discuter, à l’aide des résultats de ces trois études, la notion de biais d’information lors de l’utilisation des mesures subjectives en épidémiologie.

A facile and single pot strategy for the synthesis of novel naphthyridine derivatives under microwave irradiation conditions using ZnCl2 as catalyst, evaluation of AChE inhibitory activity, and molecular modeling studies

A series of novel naphthyridine derivatives 3 and 4 was prepared from substituted pyridine 2 and ketones using ZnCl2 as catalyst under microwave irradiation conditions. All the compounds were evaluated for AChE inhibitory activity and promising compounds 3d, 3e, 4b, and 4g was identified. Representative compounds 3d and 3e were found to show insignificant THLE-2 liver cell viability/toxicity. The binding mode between X-ray crystal structure of human AChE and compounds was studied using molecular docking method and fitness scores were found to be in good correlation with the activity data.

Novel [3+2] annulation reaction of nitrones with Burgess reagent and a few related reactions

Burgess reagent first prepared by E. M. Burgess in 1968, is a mild and selective dehydrating agent for secondary and tertiary alcohols and due to the amphipolar nature it is gainfully employed in a number of creative synthetic ventures. A close examination of the structure of Burgess reagent reveals that it can act as a 1,2-dipole. To the best of our knowledge, no attempts have been made to tap full synthetic potential of the amphipolar nature of this reagent and no reports on 1,3-dipolar addition to a σ-bond in acyclic systems are available in literature. In this context, we propose to unravel novel applications of Burgess reagent based on its amphipolar nature. Rich and multifaceted chemistry of nitrones form the basis of many successful chemical transformations used in attractive synthetic strategies. For the last 50 years special attention has been given to nitrones due to their successful application as building blocks in the synthesis of various natural and biologically active compounds. Our interest in nitrones stems out of its unique character: i.e. it is a 1,3-dipole exhibiting distinct nucleophilic activity. We reasoned that 1,3-dipole possessing significant nucleophilicity should react with amphipolar Burgess reagent with elimination of triethylamine to give the corresponding five-membered ring product by formal dipolar addition to a σ bond. To test this hypothesis we studied the reaction of nitrones with Burgess reagent. This thesis reveals our attempts to explore the [3+2] annulation reaction of nitrones with Burgess reagent which was found to be followed by a rearrangementinvolving C-to-N aryl migration, ultimately resulting in diarylamines and carbamates. We have also examined the reaction of cyanuric chloride with nitrones in DMF with a view to exploit the nucleophilicty of nitrones and to unravel the migratory aptitude, if any, observed in this reaction

Die Carbonylierung acyclischer Diaminocarbene

Das Dissertationsprojekt befasst sich mit dem synthetischen Potential acyclischer Diaminocarbene (aDACs; Verbindungen des Typs (R2N)2C:) und prüft dabei insbesondere deren Reaktivität gegenüber Kohlenmonoxid (CO). Grundlage des Vorhabens ist eine Aufsehen erregende Beobachtung von SIEMELING et al. (Chem. Sci., 2010, 1, 697): Der Prototyp der aDACs, das Bis(diisopropylamino)carben, ist in der Lage CO zu aktivieren. Dabei wird zunächst ein intermediäres Keten des Typs (R2N)2C=C=O generiert, das in Folge einer intramolekularen Reaktion ein stabiles β-Lactamderivat ausbildet. Eine Sensation, schließlich ging man in der Fachwelt bis dato davon aus, dass cyclische und acyclische Diaminocarbene für derartige Reaktionen nicht elektrophil genug seien. Ziel der vorliegenden Arbeit war eine systematische Auslotung der aDAC-Reaktivität gegenüber CO. Im Rahmen der durchgeführten Untersuchungen ist es gelungen, das Feld der literaturbekannten aDACs von 12 auf 19 zu erweitern. Die Carbene, ihre Formamidiniumsalz-Vorstufen, sowie die korrespondierenden Carben–Metallkomplexe konnten in den meisten Fällen vollständig charakterisiert werden. Es konnte gezeigt werden, dass manche Isopropyl-substituierten aDACs in inertem Lösemittel einer β-Umlagerung unterliegen sowie, dass eine solche intramolekulare Reaktivität innerhalb dieser Substanzklasse nicht trivial ist: Zum Teil ganz ähnlich substituierte aDACs sind in Lösung unbegrenzt haltbar. Die Reaktivität gegenüber CO konnte an etwa einem Dutzend aDACs studiert werden. Lediglich in einem Fall zeigte sich das Carben inert. In einem sterisch überfrachteten Fall entstand in einer regio- und stereoselektiven Folgereaktion ein biologisch aktives bicyclisches β-Lactamderivat. In den meisten Fällen ergaben sich betainische Oxyallylspezies des Typs [(R2N)2C]2CO als intermolekulare Folgeprodukte. Die mechanistische Scheidelinie zwischen intra- und intermolekularer Keten-Folgereaktion konnte anhand der Carbonylierung sterisch ganz ähnlich substituierter aDACs aufgezeigt werden. Die gewonnenen Erkenntnisse liefern deutliche Hinweise darauf, dass das chemische Verhalten der aDACs gegenüber CO eher durch feinste elektronische Unterschiede als durch den sterischen Anspruch der Carben-Substituenten beeinflusst wird. Mit Hilfe von In-Situ-IR-Spektroskopie gelang es in manchen Fällen, bei denen eine Isolierung der Carbonylierungsprodukte nicht glückte, die Generierung hochreaktiver Oxyallylspezies zu belegen. Weiterhin konnte im Zuge der In-Situ-IR-Studien das zuvor nur postulierte Diaminoketen als primäres Carbonylierungsprodukt dingfest gemacht werden (ν(C=C=O) = 2085 1/cm): Es handelt sich hierbei um den ersten experimentellen Nachweis eines Diaminoketens überhaupt.

The Complexity of Safety Stock Placement in General-Network Supply Chains

We consider the optimization problem of safety stock placement in a supply chain, as formulated in [1]. We prove that this problem is NP-Hard for supply chains modeled as general acyclic networks. Thus, we do not expect to find a polynomial-time algorithm for safety stock placement for a general-network supply chain.

Rhodium(I) catalyzed [2+2+2] cycloaddition reactions: experimental and theoretical studies

The [2+2+2] cycloaddition reaction involves the formation of three carbon-carbon bonds in one single step using alkynes, alkenes, nitriles, carbonyls and other unsaturated reagents as reactants. This is one of the most elegant methods for the construction of polycyclic aromatic compounds and heteroaromatic, which have important academic and industrial uses. The thesis is divided into ten chapters including six related publications. The first study based on the Wilkinson’s catalyst, RhCl(PPh3)3, compares the reaction mechanism of the [2+2+2] cycloaddition process of acetylene with the cycloaddition obtained for the model of the complex, RhCl(PH3)3. In an attempt to reduce computational costs in DFT studies, this research project aimed to substitute PPh3 ligands for PH3, despite the electronic and steric effects produced by PPh3 ligands being significantly different to those created by PH3 ones. In this first study, detailed theoretical calculations were performed to determine the reaction mechanism of the two complexes. Despite some differences being detected, it was found that modelling PPh3 by PH3 in the catalyst helps to reduce the computational cost significantly while at the same time providing qualitatively acceptable results. Taking into account the results obtained in this earlier study, the model of the Wilkinson’s catalyst, RhCl(PH3)3, was applied to study different [2+2+2] cycloaddition reactions with unsaturated systems conducted in the laboratory. Our research group found that in the case of totally closed systems, specifically 15- and 25-membered azamacrocycles can afford benzenic compounds, except in the case of 20-membered azamacrocycle (20-MAA) which was inactive with the Wilkinson’s catalyst. In this study, theoretical calculations allowed to determine the origin of the different reactivity of the 20-MAA, where it was found that the activation barrier of the oxidative addition of two alkynes is higher than those obtained for the 15- and 25-membered macrocycles. This barrier was attributed primarily to the interaction energy, which corresponds to the energy that is released when the two deformed reagents interact in the transition state. The main factor that helped to provide an explanation to the different reactivity observed was that the 20-MAA had a more stable and delocalized HOMO orbital in the oxidative addition step. Moreover, we observed that the formation of a strained ten-membered ring during the cycloaddition of 20-MAA presents significant steric hindrance. Furthermore, in Chapter 5, an electrochemical study is presented in collaboration with Prof. Anny Jutand from Paris. This work allowed studying the main steps of the catalytic cycle of the [2+2+2] cycloaddition reaction between diynes with a monoalkyne. First kinetic data were obtained of the [2+2+2] cycloaddition process catalyzed by the Wilkinson’s catalyst, where it was observed that the rate-determining step of the reaction can change depending on the structure of the starting reagents. In the case of the [2+2+2] cycloaddition reaction involving two alkynes and one alkene in the same molecule (enediynes), it is well known that the oxidative coupling may occur between two alkynes giving the corresponding metallacyclopentadiene, or between one alkyne and the alkene affording the metallacyclopentene complex. Wilkinson’s model was used in DFT calculations to analyze the different factors that may influence in the reaction mechanism. Here it was observed that the cyclic enediynes always prefer the oxidative coupling between two alkynes moieties, while the acyclic cases have different preferences depending on the linker and the substituents used in the alkynes. Moreover, the Wilkinson’s model was used to explain the experimental results achieved in Chapter 7 where the [2+2+2] cycloaddition reaction of enediynes is studied varying the position of the double bond in the starting reagent. It was observed that enediynes type yne-ene-yne preferred the standard [2+2+2] cycloaddition reaction, while enediynes type yne-yne-ene suffered β-hydride elimination followed a reductive elimination of Wilkinson’s catalyst giving cyclohexadiene compounds, which are isomers from those that would be obtained through standard [2+2+2] cycloaddition reactions. Finally, the last chapter of this thesis is based on the use of DFT calculations to determine the reaction mechanism when the macrocycles are treated with transition metals that are inactive to the [2+2+2] cycloaddition reaction, but which are thermally active leading to new polycyclic compounds. Thus, a domino process was described combining an ene reaction and a Diels-Alder cycloaddition.

Flavour characterization of fresh and processed pennywort (Centella asiatica L.) juices

The flavour characteristics of fresh and processed pennywort juices treated by pasteurization, sterilization and high pressure processing (HPP) were investigated by using solid-phase micro-extraction combined with gas chromatography-mass spectrometry. Sesquiterpene hydrocarbons comprised the major class of volatile components present and the juices had a characteristic smell due to the presence of volatile compounds including β-caryophyllene, humulene, E-β-farnesene, α-copaene, alloaromadendrene and β-elemene. All processing operations caused a reduction in the total volatile concentration, but HPP caused more volatile acyclic alcohols, aldehydes and oxygenated monoterpenoids to be retained than pasteurization and sterilization. Ketones were not present in fresh pennywort juice, but 2-butanone and 3-nonen-2-one were generated in all processed juices, and 2-nonanone and 2-hexanone were present in pasteurized and sterilized juices. Other chemical changes including isomerization were also reduced by HPP compared to pasteurization, and sterilization.

Quantum mechanics studies of the tautomers of dlhydrodiacetylformoin, an important Maillard intermediate and the synthesis of furaneol

Conformational analyses have been carried out on the acyclic and cyclic forms of dihydrodiacetylformoin, an important Maillard intermediate and precursor for furaneol. For the acyclic forms, the 2,5-dicarbonyl isomers have the lowest energy, while for the cyclic forms, the 3-carbonyl are favoured over the 4-carbonyl isomers. The likely path for cyclisation is investigated and it is shown that the favoured path is dependent upon the relative chiralities of the carbon atoms and in particular that the reaction proceeds more readily if C2 and C3 have different chiralities. After cyclisation, the reaction path to produce furaneol proceeds via the loss of a water molecule. This reaction has been studied with a model including two water molecules and a hydroxide anion and shows relatively low-energy barriers. (C) 2008 Published by Elsevier B.V.

Simulating the detailed chemical composition of secondary organic aerosol formed on a regional scale during the TORCH 2003 campaign in the southern UK

Following on from the companion study (Johnson et al., 2006), a photochemical trajectory model (PTM) has been used to simulate the chemical composition of organic aerosol for selected events during the 2003 TORCH (Tropospheric Organic Chemistry Experiment) field campaign. The PTM incorporates the speciated emissions of 124 nonmethane anthropogenic volatile organic compounds (VOC) and three representative biogenic VOC, a highly-detailed representation of the atmospheric degradation of these VOC, the emission of primary organic aerosol (POA) material and the formation of secondary organic aerosol (SOA) material. SOA formation was represented by the transfer of semi and non-volatile oxidation products from the gas-phase to a condensed organic aerosol-phase, according to estimated thermodynamic equilibrium phase-partitioning characteristics for around 2000 reaction products. After significantly scaling all phase-partitioning coefficients, and assuming a persistent background organic aerosol (both required in order to match the observed organic aerosol loadings), the detailed chemical composition of the simulated SOA has been investigated in terms of intermediate oxygenated species in the Master Chemical Mechanism, version 3.1 ( MCM v3.1). For the various case studies considered, 90% of the simulated SOA mass comprises between ca. 70 and 100 multifunctional oxygenated species derived, in varying amounts, from the photooxidation of VOC of anthropogenic and biogenic origin. The anthropogenic contribution is dominated by aromatic hydrocarbons and the biogenic contribution by alpha-and beta-pinene (which also constitute surrogates for other emitted monoterpene species). Sensitivity in the simulated mass of SOA to changes in the emission rates of anthropogenic and biogenic VOC has also been investigated for 11 case study events, and the results have been compared to the detailed chemical composition data. The role of accretion chemistry in SOA formation, and its implications for the results of the present investigation, is discussed.

The role of terminal tyrosine residues in the formation of tripeptide nanotubes: a crystallographic insight

Terminally protected acyclic tripeptides containing tyrosine residues at both termini self-assemble into nanotubes in crystals through various non-covalent interactions including intermolecular hydrogen bonds. The nanotube has an average internal diameter of 5 angstrom (0.5 nm) and the tubular ensemble is developed through the hydrogen-bonded phenolic-OH side chains of tyrosine (Tyr) residues [Org. Lett. 2004, 6, 4463]. We have synthesized and studied several tripeptides 3-6 to probe the role of tyrosine residues in nanotube structure formation. These peptides either have only one Tyr residue at N- or C-termini or they have one or two terminally located phenylalanine (Phe) residues. These tripeptides failed to form any kind of nanotubular structure in the solid state. Single crystal X-ray diffraction studies of these peptides 3-6 clearly demonstrate that substitution of any one of the terminal Tyr residues in the Boc-Tyr-X-Tyr-OMe (X=VaI or Ile) sequence disrupts the formation of the nanotubular structure indicating that the presence of two terminally located Tyr residues is vital for nanotube formation. (c) 2006 Elsevier Ltd. All rights reserved.

A new motif in the formation of peptide nanotubes: the crystallographic signature

Terminally protected acyclic tripeptides Boc-Tyr(1)-Val(2)-Tyr(3)-OMe 1 and Boc-Tyr(1)-lle(2)-Tyr(3)-OMe 2 self-assemble into nanotubes in crystals through various noncovalent interactions with an average internal diameter of 5 Angstrom (0.5 nm), and the tubular ensemble is developed through the hydrogen-bonded side chains of tyrosine residues. The inside of the hollow nanotubular structures is hydrophilic; however, no solvent molecules have been crystallographically detected.

Asymmetric ammonium ylid rearrangements: the effect of nitrogen asymmetry

[2,3]-Sigmatropic rearrangements of allylic ammonium ylids derived from glycinoylcamphorsultams are highly selective in terms of relative and absolute stereocontrol only when acyclic alkenes are present. When chiral esters of ylids derived from N-methyltetrahydro-pyridine ('NMTP') undergo rearrangement, the reactions show exclusive cis-stereoselectivity but the products are obtained with virtually no absolute stereocontrol. These observations support the notion that sigmatropic rearrangements of N-chiral ammonium ylids are controlled by nitrogen stereogenicity. (c) 2006 Elsevier Ltd. All rights reserved.