Corroles : synthesis, functionalization and application as chemosensors

O trabalho de investigação apresentado nesta dissertação foi desenvolvido tendo como objectivo a síntese e funcionalização de meso-triarilcorróis para utilização como quimiossensores. Este trabalho encontra-se apresentado ao longo de cinco capítulos. No primeiro capítulo são apresentadas as características gerais, as metodologias de síntese e de funcionalização de macrociclos de tipo corrólico, e descrevemse algumas aplicações em que têm sido utilizados. São ainda abordadas algumas das propriedades e características dos quimiossensores e os mecanismos de deteção de diversos analítos. No segundo capítulo, após uma pequena introdução às reações de Wittig e de Diels-Alder, escolhidas para a funcionalização do macrociclo corrólico, descreve-se o estudo efectuado para a obtenção do complexo de gálio(III) do 3- vinil-5,10,15-tris(pentafluorofenil)corrol e o seu comportamento como dieno, em reações de Diels-Alder na presença dos dienófilos 1,4-benzoquinona e 1,4- naftoquinona. Desses estudos resultaram dois aductos cuja habilidade sensorial, bem como a dos seus precursores, foi estudada, em solução, na presença de aniões esféricos (F-, Br-, Cl-), lineares (CN-) e volumosos (CH3COO-, H2PO4 -). Dos macrociclos estudados verificou-se que o corrol base-livre 5,10,15-tris(pentafluorofenil)corrol apresenta uma elevada sensibilidade para o anião fluoreto (F-), e que a coordenação do núcleo corrólico com gálio(III) diminui a afinidade para este anião. Em geral, todos os compostos mostraram afinidade para o anião cianeto (CN-) mesmo quando em suportes poliméricos. O gel de poliacrilamida revelou-se muito promissor na determinação de CN- em amostras de água. No terceiro capítulo é avaliada a reatividade do complexo de gálio(III) do 3- vinil-5,10,15-tris(pentafluorofenil)corrol ainda como dieno mas agora na presença de um dienófilo linear, o acetilenodicarboxilato de dimetilo. Desse estudo resultaram dois novos derivados corrólicos. A habilidade sensorial dos mesmos perante os aniões fluoreto, cianeto, acetato, e fosfato foi avaliada por espectroscopia de absorção e emissão tendo um dos aductos mostrado ser colorimétrico para o anião cianeto. No quarto capítulo descreve-se a síntese e caracterização de dois conjugados do tipo corrol-cumarina, resultantes de reações de Hetero-Diels-Alder entre o 3-vinil-5,10,15-tris(pentafluorofenil)corrolatogálio(III)(piridina) e orto-quinonasmetídeos gerados in situ a partir de reacções de Knoevenagel entre cumarinas e paraformaldeído. Realizaram-se estudos de afinidade sensorial para aniões e catiões com estes macrociclos, bem como com conjugados porfirinacumarina análogos. A inserção de uma unidade cumarina conferiu uma excepcional solubilidade tendo os novos derivados apresentado solubilidade em etanol. No quinto e último capítulo desta dissertação é avaliada a capacidade sensorial do 5,10,15-tris(pentafluorofenil)corrol e da sua espécie monoaniónica, para os catiões metálicos Na+, Ca2+, Cu2+, Cd2+, Pb2+, Hg2+, Ag+, Al3+, Zn2+, Ni2+, Cr3+, Ga3+, Fe3+ em tolueno e acetonitrilo. Os macrociclos corrólicos mostraram ser selectivos e colorimétricos para o catião Hg2+. Neste trabalho descreve-se ainda a síntese do derivado -iminocorrol, que após funcionalização com o 3-isocianatopropiltrimetoxisilano originou um derivado do tipo alcoxisilano, que foi, posteriormente, ancorado a nanopartículas comerciais de sílica. As novas nanopartículas ancoradas com o alcoxisilano corrol foram estudadas na presença de Cu2+, Hg2+ e Ag+. Na presença do catião Ag+ assistiu-se a uma mudança de cor, de verde para amarelo.

Myoglobin-biomimetic electroactive materials made by surface molecular imprinting on silica beads and their use as ionophores in polymeric membranes for potentiometric transduction

Myoglobin (Mb) is among the cardiac biomarkers playing a major role in urgent diagnosis of cardiovascular diseases. Its monitoring in point-of-care is therefore fundamental. Pursuing this goal, a novel biomimetic ionophore for the potentiometric transduction of Mb is presented. It was synthesized by surface molecular imprinting (SMI) with the purpose of developing highly efficient sensor layers for near-stereochemical recognition of Mb. The template (Mb) was imprinted on a silane surface that was covalently attached to silica beads by means of self-assembled monolayers. First the silica was modified with an external layer of aldehyde groups. Then, Mb was attached by reaction with its amine groups (on the external surface) and subsequent formation of imine bonds. The vacant places surrounding Mb were filled by polymerization of the silane monomers 3-aminopropyltrimethoxysilane (APTMS) and propyltrimethoxysilane (PTMS). Finally, the template was removed by imine cleavage after treatment with oxalic acid. The results materials were finely dispersed in plasticized PVC selective membranes and used as ionophores in potentiometric transduction. The best analytical features were found in HEPES buffer of pH 4. Under this condition, the limits of detection were of 1.3 × 10−6 mol/L for a linear response after 8.0 × 10−7 mol/L with an anionic slope of −65.9 mV/decade. The imprinting effect was tested by preparing non-imprinted (NI) particles and employing these materials as ionophores. The resulting membranes showed no ability to detect Mb. Good selectivity was observed towards creatinine, sacarose, fructose, galactose, sodium glutamate, and alanine. The analytical application was conducted successfully and showed accurate and precise results.

Synthesis of chiral homoallylic alcohols and phthalans through the asymmetric allylation of carbonyl compounds /

The implementation of chiral centres within biologically active compounds has been a perplexing yet motivational force in chemistry. This work presents the attempted formation of a concurrent or sequential tandem catalyzed methodology of enantioselective nucleophilic addition and electrophilic cyclization. The 2'- arylalkynyl- aldehyde, ketone, and imine substrates used within were adeptly chosen with a dually activated structure; 1) for nucleophilic addition to the electrophilic substituents; and 2) for carbophilic activation of the alkyne substituent to undergo cyclization. To accomplish the nucleophilic addition, two distinct allylation methodologies were pursued: (/?)-BINOL catalyzed-allylboration and (5)- BINAP-AgF catalyzed-allylsilylation. BINAP catalyzed enantioselective allylation of 2'-arylalkynyl-aldehydes, to form chiral homoallylic alcohols, was successful. Homoallylic alcohols were isolated with high enantio-purity (>80%), which then underwent sequential cyclization to form chiral allylic phthalans, in moderate yields. An application of this methodology towards the construction of biologically active compounds was included with the partial synthesis of the natural product and H. pylori inhibitor, (+)-Spirolaxine methyl ether.

The design, synthesis and characterization of new building blocks for the preparation of molecule-based magnetic materials /

Two new families of building blocks have been prepared and fully characterized and their coordination chemistry exploited for the preparation of molecule-based magnetic materials. The first class of compounds were prepared by exploiting the chemistry of 3,3'-diamino-2,2'-bipyridine together with 2-pyridine carbonyl chloride or 2-pyridine aldehyde. Two new ligands, 2,2'-bipyridine-3,3'-[2-pyridinecarboxamide] (Li, 2.3) and N'-6/s(2-pyridylmethyl) [2,2'bipyridine]-3,3'-diimine (L2, 2.7), were prepared and characterized. For ligand L4, two copper(II) coordination compounds were isolated with stoichiometrics [Cu2(Li)(hfac)2] (2.4) and [Cu(Li)Cl2] (2.5). The molecular structures of both complexes were determined by X-ray crystallography. In both complexes the ligand is in the dianionic form and coordinates the divalent Cu(II) ions via one amido and two pyridine nitrogen donor atoms. In (2.4), the coordination geometry around both Cu11 ions is best described as distorted trigonal bipyramidal where the remaining two coordination sites are satisfied by hfac counterions. In (2.5), both Cu(II) ions adopt a (4+1) distorted square pyramidal geometry. One copper forms a longer apical bond to an adjacent carbonyl oxygen atom, whereas the second copper is chelated to a neighboring Cu-Cl chloride ion to afford chloride bridged linear [Cu2(Li)Cl2]2 tetramers that run along the c-axis of the unit cell. The magnetic susceptibility data for (2.4) reveal the occurrence of weak antiferromagnetic interactions between the copper(II) ions. In contrast, variable temperature magnetic susceptibility measurements for (2.5) reveal more complex magnetic properties with the presence of ferromagnetic exchange between the central dimeric pair of copper atoms and weak antiferromagnetic exchange between the outer pairs of copper atoms. The Schiff-base bis-imine ligand (L2, 2.7) was found to be highly reactive; single crystals grown from dry methanol afforded compound (2.14) for which two methanol molecules had added across the imine double bond. The susceptibility of this ligand to nucleophilic attack at its imine functionality assisted via chelation to Lewis acidic metal ions adds an interesting dimension to its coordination chemistry. In this respect, a Co(II) quaterpyridine-type complex was prepared via a one-pot transformation of ligand L2 in the presence of a Lewis acidic metal salt. The rearranged complex was characterized by X-ray crystallography and a reaction mechanism for its formation has been proposed. Three additional rearranged complexes (2.13), (2.17) and (2.19) were also isolated when ligand (L2, 2.7) was reacted with transition metal ions. The molecular structures of all three complexes have been determined by X-ray crystallography. The second class of compounds that are reported in this thesis, are the two diacetyl pyridine derivatives, 4-pyridyl-2,6-diacetylpyridine (5.5) and 2,2'-6,6'-tetraacetyl-4,4'-bipyridine (5.15). Both of these compounds have been designed as intermediates for the metal templated assembly of a Schiff-base N3O2 macrocycle. From compound (5.15), a covalently tethered dimeric Mn(II) macrocyclic compound of general formula {[Mn^C^XJCl-FkO^Cl-lO.SFbO (5.16) was prepared and characterized. The X-ray analysis of (5.16) reveals that the two manganese ions assume a pentagonal-bipyramidal geometry with the macrocycle occupying the pentagonal plane and the axial positions being filled by a halide ion and a H2O molecule. Magnetic susceptibility data reveal the occurrence of antiferromagnetic interactions between covalently tethered Mn(II)-Mn(II) dimeric units. Following this methodology a Co(II) analogue (5.17) has also been prepared which is isostructural with (5.16).

Tetrathiafulvalene and 2,2'-Bipyridine: Bridging both Worlds in the Pursuit of Novel Molecular Materials

The preparation and characterization of two families of building blocks for molecule-based magnetic and conducting materials are described in three projects. In the first project the synthesis and characterization of three bis-imine ligands LI - L3 is reported. Coordination of LI to a series of metal salts afforded the five novel coordination complexes Sn(L4)C4 (I), [Mn(L4)(u-CI)(CI)(EtOH)h (II), [CU(L4)(u-sal) h(CI04)2 (sal = salicylaldehyde anion) (III), [Fe(Ls)2]CI (IV) and [Fe(LI)h(u-O) (V). All complexes have been structurally and magnetically characterized. X-ray diffraction studies revealed that, upon coordination to Lewis acidic metal salts, the imine bonds of LI are susceptible to nucleophilic attack. As a consequence, the coordination complexes (I) - (IV) contain either the cyclised ligand L4 or hydrolysed ligand Ls. In contrast, the dimeric Fe3+ complex (V) comprises two intact ligand LI molecules. In. this complex, the ligand chelates two Fe(III) centres in a bis-bidentate manner through the lone pairs of a phenoxy oxygen and an imine nitrogen atom. Magnetic studies of complexes (II-V) indicate that the dominant interactions between neighbouring metal centres in all of the complexes are antiferromagnetic. In the second project the synthesis and characterization two families of TTF donors, namely the cyano aryl compounds (VI) - (XI) and the his-aryl TTF derivatives (XII) - (XIV) are reported. The crystal structures of compounds (VI), (VII), (IX) and (XII) exhibit regular stacks comprising of neutral donors. The UV -Vis spectra of compounds (VI) - (XIV) present an leT band, indicative of the transfer of electron density from the TTF donors to the aryl acceptor molecules. Chemical oxidation of donors (VI), (VII), (IX) and (XII) with iodine afforded a series of CT salts that where possible have been characterized by single crystal X -ray diffraction. Structural studies showed that the radical cations in these salts are organized in stacks comprising of dimers of oxidized TTF donors. All four salts behave as semiconductors, displaying room temperature conductivities ranging from 1.852 x 10-7 to 9.620 X 10-3 Scm-I. A second series of CT salts were successfully prepared via the technique of electrocrystallization. Following this methodology, single crystals of two CT salts were obtained. The single crystal X-ray structures of both salts are isostructural, displaying stacks formed by trimers of oxidized donors. Variable temperature conductivity measurements carried out on this series of CT salts reveal they also are semiconductors with conductivities ranging from 2.94 x 10-7 to 1.960 X 10-3 S em-I at room temperature. In the third project the synthesis and characterization of a series of MII(hfac)2 coordination complexes of donor ligand (XII) where M2+ = Co2+, Cu2+, Ni2+ and Zn2+ are reported. These complexes crystallize in a head-to-tail arrangement of TTF donor and bipyridine moieties, placing the metal centres and hfac ligands are located outside the stacks. Magnetic studies of the complexes (XV) - (XVIII) indicate that the bulky hfac ligands prevent neighbouring metal centres from assembling in close proximity, and thus they are magnetically isolated.

Ligand design for molecule-based magnetic and/or conducting materials

Work in the area of molecule-based magnetic and/or conducting materials is presented in two projects. The first project describes the use of 4,4’-bipyridine as a scaffold for the preparation of a new family of tetracarboxamide ligands. Four new ligands I-III have been prepared and characterized and the coordination chemistry of these ligands is presented. This project was then extended to exploit 4,4’-bipyridine as a covalent linker between two N3O2 macrocyles. In this respect, three dimeric macrocycles have been prepared IV-VI. Substitution of the labile axial ligands of the Co(II) complex IV by [Fe(CN)6]4- afforded the self-assembly of the 1-D polymeric chain {[Co(N3O2)H2O]2Fe(CN)6}n•3H2O that has been structurally and magnetically characterized. Magnetic studies on the Fe(II) complexes V and VI indicate that they undergo incomplete spin crossover transitions in the solid state. Strategies for the preparation of chiral spin crossover N3O2 macrocycles are discussed and the synthesis of the novel chiral Fe(II) macrocyclic complex VII is reported. Magnetic susceptibility and Mössbauer studies reveal that this complex undergoes a gradual spin crossover in the solid state with no thermal hysteresis. Variable temperature X-ray diffraction studies on single crystals of VII reveal interesting structural changes in the coordination geometry of the macrocycle accompanying its SCO transition. The second project reports the synthesis and characterization of a new family of tetrathiafulvalene derivatives VIII – XII, where a heterocyclic chelating ligand is appended to a TTF donor via an imine linker. The coordination chemistries of these ligands with M(hfac)2.H2O (M( = Co, Ni, Mn, Cu) have been explored and the structural and magnetic properties of these complexes are described.

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.

POCN-type Pincer Complexes of NiII and NiIII : synthesis, reactivities, catalytic activities and physical properties

Cette thèse décrit la synthèse, la caractérisation, les réactivités, et les propriétés physiques de complexes divalents et trivalents de Ni formés à partir de nouveaux ligands «pincer» de type POCN. Les ligands POCN de type amine sont préparés d’une façon simple et efficace via l’amination réductrice de 3-hydroxybenzaldéhyde avec NaBH4 et plusieurs amines, suivie par la phosphination de l’amino alcool résultant pour installer la fonction phosphinite (OPR2); le ligand POCN de type imine 1,3-(i-Pr)2PC6H4C(H)=N(CH2Ph) est préparé de façon similaire en faisant usage de PhCH2NH2 en l’absence de NaBH4. La réaction de ces ligands «pincer» de type POCN avec NiBr2(CH3CN)x en présence d’une base résulte en un bon rendement de la cyclométalation du lien C-H situé en ortho aux fonctions amine et phosphinite. Il fut découvert que la base est essentielle pour la propreté et le haut rendement de la formation des complexes «pincer» désirés. Nous avons préparé des complexes «pincer» plan- carrés de type POCN, (POCNRR΄)NiBr, possédant des fonctions amines secondaires et tertiaires qui démontrent des réactivités différentes selon les substituants R et R΄. Par exemple, les complexes possédant des fonctions amines tertiaires ArCH2NR2 (NR2= NMe2, NEt2, and morpholinyl) démontrent des propriétés rédox intéressantes et pourraient être convertis en leurs analogues trivalents (POCNR2)NiBr2 lorsque réagis avec Br2 ou N-bromosuccinimide (NBS). Les complexes trivalents paramagnétiques à 17 électrons adoptent une géométrie de type plan-carré déformée, les atomes de Br occupant les positions axiale et équatoriale. Les analyses «DSC» et «TGA» des ces composés ont démontré qu’ils sont thermiquement stables jusqu’à ~170 °C; tandis que la spectroscopie d’absorption en solution a démontré qu’ils se décomposent thermiquement à beaucoup plus basse température pour regénérer les complexes divalents ne possédant qu’un seul Br; l’encombrement stérique des substitutants amines accélère cette route de décomposition de façon significative. Les analogues NMe2 et N(morpholinyl) de ces espèces de NiIII sont actifs pour catalyser la réaction d’addition de Kharasch, de CX4 à des oléfines telles que le styrène, tandis qu’il fut découvert que l’analogue le moins thermiquement stable (POCNEt2)Ni est complètement inerte pour catalyser cette réaction. Les complexes (POCNRH)NiBr possédant des fonctions amines secondaires permettent l’accès à des fonctions amines substituées de façon non symétrique via leur réaction avec des halogénures d’alkyle. Un autre avantage important de ces complexes réside dans la possibilité de déprotonation pour préparer des complexes POCN de type amide. De telles tentatives pour déprotoner les fonctions NRH nous ont permis de préparer des espèces dimériques possédant des ligands amides pontants. La nature dimérique des ces complexes [P,C,N,N-(2,6-(i-Pr)2PC6H3CH2NR)Ni]2 (R= PhCH2 et Ph) fut établie par des études de diffraction des rayons-X qui ont démontré différentes géométries pour les cœurs Ni2N2 selon le substituant N : l’analogue (PhCH2)N possède une orientation syn des substitutants benzyles et un arrangement ressemblant à celui du cyclobutane du Ni et des atomes d’azote, tandis que l’analogue PhN adopte un arrangement de type diamant quasi-planaire des atomes du Ni et des atomes d’azote et une orientation anti des substituants phényles. Les espèces dimériques ne se dissocient pas en présence d’alcools, mais elles promouvoient l’alcoolyse catalytique de l’acrylonitrile. De façon intéressante, les rendements de ces réactions sont plus élevés avec les alcools possédant des fonctions O-H plus acides, avec un nombre de «turnover» catalytique pouvant atteindre 2000 dans le cas de m-cresol. Nous croyons que ces réactions d’alcoolyse procèdent par activation hétérolytique de l’alcool par l’espèce dimérique via des liaisons hydrogènes avec une ou deux des fonctions amides du dimère. Les espèces dimériques de Ni (II) s’oxydent facilement électrochimiquement et par reaction avec NBS ou Br2. De façon surprenante, l’oxydation chimique mène à l’isolation de nouveaux produits monomériques dans lesquels le centre métallique et le ligand sont oxydés. Le mécanisme d’oxydation fut aussi investigué par RMN, «UV-vis-NIR», «DFT» et spectroélectrochimie.

Semisynthetic aminoglycoside antibiotics : toward biomimetic synthesis, evasion of bacterial resistance and reduced toxicity

Les antibiotiques aminoglycosidiques sont des agents bactéricides de grande valeur et d’efficacité à large spectre contre les pathogènes Gram-positifs et Gram-négatifs, dont plusieurs membres naturels et semisynthétiques sont importants dans l’histoire clinique depuis 1950. Des travaux crystallographiques sur le ribosome, récompensés par le prix Nobel, ont démontré comment leurs diverses structures polyaminées sont adaptées pour cibler une hélice d’ARN dans le centre de codage de la sous-unité 30S du ribosome bactérien. Leur interférence avec l’affinité et la cinétique des étapes de sélection et vérification des tARN induit la synthèse de protéines à basse fidélité, et l’inhibition de la translocation, établissant un cercle vicieux d’accumulation d’antibiotique et de stress sur la membrane. En réponse à ces pressions, les pathogènes bactériens ont évolué et disséminé une panoplie de mécanismes de résistance enzymatiques et d’expulsion : tels que les N acétyltransférases, les O phosphotransférases et les O nucleotidyltransférases qui ciblent les groupements hydroxyle et amino sur le coeur des aminoglycosides; des méthyl-transférases, qui ciblent le site de liaison ribosomale; et des pompes d’expulsion actives pour l’élimination sélective des aminoglycosides, qui sont utilisés par les souches Gram-négatives. Les pathogènes les plus problématiques, qui présentent aujourd’hui une forte résilience envers la majorité des classes d’antibiotiques sur le bord de la pan-résistance ont été nommés des bactéries ESKAPE, une mnémonique pour Enterococcus faecium, Staphylococcus aureus, Klebsiella pneumoniae, Acinetobacter baumannii, Pseudomonas aeruginosa et Enterobacteriaceae. La distribution globale des souches avec des mécanismes de résistance envers les standards cliniques aminoglycosides, tels que la tobramycine, l’amikacine et la gentamicine, est comprise entre 20 et 60% des isolées cliniques. Ainsi, les aminoglycosides du type 4,6-disubstitués-2-deoxystreptamine sont inadéquats comme thérapies anti-infectieuses à large spectre. Cependant, la famille des aminoglycosides 4,5-disubstitués, incluant la butirosine, la neomycine et la paromomycine, dont la structure plus complexe, pourrait constituter une alternative. Des collègues dans le groupe Hanessian et collaborateurs d’Achaogen Inc. ont démontré que certains analogues de la paraomomycine et neomycine, modifiés par désoxygénation sur les positions 3’ et 4’, et par substitution avec la chaîne N1-α-hydroxy-γ-aminobutyramide (HABA) provenant de la butirosine, pourrait produire des antibiotiques très prometteurs. Le Chapitre 4 de cette dissertation présente la conception et le développement d’une stratégie semi-synthétique pour produire des nouveaux aminoglycosides améliorés du type 4,5 disubstitués, inspiré par des modifications biosynthétiques de la sisomicine, qui frustrent les mécanismes de résistance bactérienne distribuées globalement. Cette voie de synthèse dépend d’une réaction d’hydrogénolyse de type Tsuji catalysée par palladium, d’abord développée sur des modèles monosaccharides puis subséquemment appliquée pour générer un ensemble d’aminoglycosides hybrides entre la neomycine et la sisomicine. Les études structure-activité des divers analogues de cette nouvelle classe ont été évaluées sur une gamme de 26 souches bactériennes exprimant des mécanismes de résistance enzymatique et d’expulsion qui englobe l’ensemble des pathogènes ESKAPE. Deux des antibiotiques hybrides ont une couverture antibacterienne excellente, et cette étude a mis en évidence des candidats prometteurs pour le développement préclinique. La thérapie avec les antibiotiques aminoglycosidiques est toujours associée à une probabilité de complications néphrotoxiques. Le potentiel de toxicité de chaque aminoglycoside peut être largement corrélé avec le nombre de groupements amino et de désoxygénations. Une hypothèse de longue date dans le domaine indique que les interactions principales sont effectuées par des sels des groupements ammonium, donc l’ajustement des paramètres de pKa pourrait provoquer une dissociation plus rapide avec leurs cibles, une clairance plus efficace et globalement des analogues moins néphrotoxiques. Le Chapitre 5 de cette dissertation présente la conception et la synthèse asymétrique de chaînes N1 HABA β substitutées par mono- et bis-fluoration. Des chaînes qui possèdent des γ-N pKa dans l’intervalle entre 10 et 7.5 ont été appliquées sur une neomycine tétra-désoxygénée pour produire des antibiotiques avancés. Malgré la réduction considérable du γ N pKa, le large spectre bactéricide n’a pas été significativement affecté pour les analogues fluorés isosteriques. De plus, des études structure-toxicité évaluées avec une analyse d’apoptose propriétaire d’Achaogen ont démontré que la nouvelle chaîne β,β difluoro-N1-HABA est moins nocive sur un modèle de cellules de rein humain HK2 et elle est prometteuse pour le développement d’antibiotiques du type neomycine avec des propriétés thérapeutiques améliorées. Le chapitre final de cette dissertation présente la proposition et validation d’une synthèse biomimétique par assemblage spontané du aminoglycoside 66-40C, un dimère C2 symétrique bis-imine macrocyclique à 16 membres. La structure proposée du macrocycle a été affinée par spectroscopie nucléaire à un système trans,trans-bis-azadiène anti-parallèle. Des calculs indiquent que l’effet anomérique de la liaison α glycosidique entre les anneaux A et B fournit la pré-organisation pour le monomère 6’ aldéhydo sisomicine et favorise le produit macrocyclique observé. L’assemblage spontané dans l’eau a été étudié par la dimérisation de trois divers analogues et par des expériences d’entre croisement qui ont démontré la généralité et la stabilité du motif macrocyclique de l'aminoglycoside 66-40C.

Additions stéréosélectives sur des imines : accès aux amines hétérocycliques a[alpha]-chirales

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

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.

Rhodium assisted C-H activation of N-(2 '-hydroxyphenyl)benzaldimines. Synthesis, structure and electrochemical properties of a group of organorhodium complexes

Reaction of a group of N-(2'-hydroxyphenyl)benzaldimines, derived from 2-aminophenol and five para-substituted benzaldehydes (the para substituents are OCH3, CH3, H, Cl and NO2), with [Rh(PPh3)(3)Cl] in refluxing toluene in the presence of a base (NEW afforded a family of organometallic complexes of rhodium(III). The crystal structure of one complex has been determined by X-ray crystallography. In these complexes the benzaldimine ligands are coordinated to the metal center, via dissociation of the phenolic proton and the phenyl proton at the ortho position of the phenyl ring in the imine fragment, as dianionic tridentate C,N,O-donors, and the two PPh3 ligands are trans. The complexes are diamagnetic (low-spin d(6), S = 0) and show intense MLCT transitions in the visible region. Cyclic voltammetry shows a Rh(III)-Rh(IV) oxidation within 0.63-0.93 V vs SCE followed by an oxidation of the coordinated benzaldimine ligand. A reduction of the coordinated benzaldimine is also observed within -0.96 to -1.04 V vs SCE. Potential of the Rh(Ill)-Rh(IV) oxidation is found to be sensitive to the nature of the para-substituent. (c) 2006 Elsevier B.V. All rights reserved.

Synthesis, structure and solution chemistry of mixed-ligand oxovanadium(IV) and oxovanadium(V) complexes incorporating tridentate ONO donor hydrazone ligands

In the title family, the ONO donor ligands are the acetylhydrazones of salicylaidehyde (H2L1) and 2-hydroxyacetophenone (H2L2) (general abbreviation, H2L). The reaction of bis(acetylacetonato)oxovanadium(IV) with a mixture of tridentate H2L and a bidentate NN donor [e.g., 2,2'-bipyridine(bpy) or 1,10-phenanthroline(phen), hereafter B] ligands in equimolar ratio afforded the tetravalent complexes of the type [(VO)-O-IV(L)(B)]; complexes (1)-(4) whereas, if B is replaced by 8-hydroxyquinoline(Hhq) (which is a bidentate ON donor ligand), the above reaction mixture yielded the pentavalent complexes of the type [(VO)-O-V(L)(hq)]; complexes (5) and (6). Aerial oxygen is most likely the oxidant (for the oxidation of V-IV -> V-V) in the synthesis of pentavalent complexes (5) and (6). [(VO)-O-IV(L)(B)] complexes are one electron paramagnetic and display axial EPR spectra, while the [(VO)-O-V(L)(hq)] complexes are diamagnetic. The X-ray structure of [(VO)-O-V(L-2)(hq)] (6) indicates that H2L2 ligand is bonded with the vanadium meridionally in a tridentate dinegative fashion through its phenolic-O, enolic-O and imine-N atoms. The general bond length order is: oxo < phenolato < enolato. The V-O (enolato) bond is longer than V-O (phenolato) bond by similar to 0.07 angstrom and is identical with V-O (carboxylate) bond. H-1 NMR spectrum of (6) in CDCl3 solution indicates that the binding nature in the solid state is also retained in solution. Complexes (1)(4) display two ligand-field transitions in the visible region near 820 and 480 nm in DMF solution and exhibit irreversible oxidation peak near +0.60 V versus SCE in DMSO solution, while complexes (5) and (6) exhibit only LMCT band near 535 nm and display quasi-reversible one electron reduction peak near -0.10 V versus SCE in CH2Cl2 solution. The VO3+-VO2+ E-1/2 values shift considerably to more negative values when neutral NN donor is replaced by anionic ON donor species and it also provides better VO3+ binding via phenolato oxygen. For a given bidentate ligand, E-1/2 increases in the order: (L-2)(2-) < (L-1)(2-). (c) 2004 Elsevier B.V. All rights reserved.

Synthesis, structure, solution chemistry and the electronic effect of para substituents on the vanadium center in a family of mixed-ligand [(VO)-O-V(ONO)(ON)] compexes

Four tridentate dibasic ONO donor hydrazone ligands derived from the condensation of benzoylhydrazine with either 2-hydroxyacetophenone or its para substituted derivatives (H2L1-4, general abbreviation H2L) have been used as primary ligands and 8-hydroxyquinoline (Hhq, a bidentate monobasic ON donor species) has been used as auxiliary ligand. The reaction of [(VO)-O-IV(acac)21 with H2L in methanol followed by the addition of Hhq in equimolar ratio under aerobic condition afforded the mixed-ligand oxovanadium(V) complexes of the type [(VO)-O-V(L)(hq)] (1-4) in excellent yield. The X-ray structure of the compound [(VO)-O-V(L-4)(hq)] (4) indicates that the H2L4 ligand is bonded with vanadium meridionally in a tridentate dinegative fashion through its deprotonated phenolic-O, deprotonated enolic-O and imine-N atoms. The V-O bond length order is: oxo < phenolato < enolato. H-1 NMR spectra of 4 in CDCl3 solution indicates that it's solid-state structure is retained in solution. Complexes are diamagnetic and exhibit only ligand to metal charge transfer (LMCT) transition band near 530 nm in CH2Cl2 solution in addition to intra-ligand pi-pi* transition band near 335 rim and they display quasi-reversible one electron reduction peak near -0.10 V versus SCE in CH2Cl2 solution. lambda(max) (for LMCT transition) and the reduction peak potential (E-p(c)) values of the complexes are found to be linearly related with the Hammett (sigma) constants of the substituents in the aryloxy ring of the hydrazone ligands. lambda(max) and E-p(c) values show large dependence d lambda(max)/d sigma = 32.54 nm and dE(p)(c)/d sigma = 0.19 V, respectively, on the Hammett constant. (c) 2006 Elsevier B.V. All rights reserved.

Synthesis, structure and solution chemistry of quaternary oxovanadium(V) complexes incorporating hydrazone ligands

[VIVO(acac)(2)] reacts with an equimolar amount of benzoyl hydrazone of 2-hydroxyacetophenone (H2L1) or 5-chloro-2-hydroxyacetophenone (H2L2) in the presence of excess pyridine (py) in methanol to produce the quaternary [(VO)-O-V(L-1)(OCH3)(py)] (1) and [(VO)-O-V(L-2)(OCH3)(py)] (2) complexes, respectively, while under similar condition, the benzoyl hydrazones of 2-hydroxy-5-methylacetophenone (H2L3) and 2-hydroxy-5-methoxyacetophenone (H2L4) afforded only the methoxy bridged dimeric [(VO)-O-V(L-3/L-4)(OCH3)](2) complexes. The X-ray structural analysis of 1 and 2 indicates that the geometry around the metal is distorted octahedral where the three equatorial positions are occupied by the phenolate-O, enolate-O and the imine-N of the fully deprotonated hydrazone ligand in its enolic form and the fourth one by a methoxide-O atom. An oxo-O and a pyridine-N atom occupy two axial positions. Quaternary complexes exhibit one quasi-reversible one-electron reduction peak near 0.25 V versus SCE in CH2Cl2 and they decompose appreciably to the corresponding methoxy bridged dimeric complex in CDCl3 solution as indicated by their H-1 NMR spectra. These quaternary VO3+ complexes are converted to the corresponding V2O34+-complexes simply on refluxing them in acetone and to the VO2+-complexes on reaction with KOH in methanol. An equimolar amount of 8-hydroxyquinoline (Hhq) converts these quaternary complexes to the ternary [(VO)-O-V(L)(hq)] complexes in CHCl3. (C) 2009 Elsevier B. V. All rights reserved.