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 ».

Les azasulfurylpeptides : synthèse, analyse conformationnelle et applications biologiques

Les azasulfurylpeptides sont des mimes peptidiques auxquels le carbone en position alpha et le carbonyle d’un acide aminé sont respectivement remplacés par un atome d’azote et un groupement sulfonyle (SO2). Le but premier de ce projet a été de développer une nouvelle méthode de synthèse de ces motifs, également appelés N-aminosulfamides. À cette fin, l’utilisation de sulfamidates de 4-nitrophénol s’est avérée importante dans la synthèse des azasulfuryltripeptides, permettant le couplage d’hydrazides avec l’aide d’irradiation aux micro-ondes (Chapitre 2). Par la suite, en quantité stoechiométrique d’une base et d’un halogénure d’alkyle, les azasulfurylglycines (AsG) formés peuvent être chimiosélectivement alkylés afin d’y insérer diverses chaînes latérales. Les propriétés conformationnelles des N-aminosulfamides à l’état solide ont été élucidées grâce à des études cristallographiques par rayons X : elles possèdent une structure tétraédrique autour de l’atome de soufre, des traits caractéristiques des azapeptides et des sulfonamides, ainsi que du potentiel à favoriser la formation de tours gamma (Chapitre 3). Après le développement d’une méthode de synthèse des N-aminosulfamides en solution, une approche combinatoire sur support solide a également été élaborée sur la résine amide de Rink afin de faciliter la génération d’une librairie d’azasulfurylpeptides. Cette étude a été réalisée en employant le growth hormone releasing peptide 6 (GHRP-6, His-D-Trp-Ala-Trp-D-Phe-Lys-NH2). Ce dernier est un hexapeptide possédant une affinité pour deux récepteurs, le growth hormone secretagogue receptor 1a (GHS-R1a) et le récepteur cluster of differenciation 36 (CD36). Une affinité sélective envers le récepteur CD36 confère des propriétés thérapeutiques dans le traitement de la dégénérescence maculaire liée à l’âge (DMLA). Six analogues d’azasulfurylpeptides de GHRP-6 utilisés comme ligands du CD36 ont été synthétisés sur support solide, mettant en évidence le remplacement du tryptophane à la position 4 de GHRP-6 (Chapitre 4). Les analogues de GHRP-6 ont été ensuite analysés pour leur capacité à moduler les effets de la fonction et de la cascade de signalisation des ligands spécifiques au Toll-like receptor 2 (TLR2), en collaboration avec le Professeur Huy Ong du département de Pharmacologie à la Faculté de Pharmacie de l’Université de Montréal. Le complexe TLR2-TLR6 est reconnu pour être co-exprimé et modulé par CD36. En se liant au CD36, certains ligands de GHRP-6 ont eu un effet sur la signalisation du TLR2. Par exemple, les azasulfurylpeptides [AsF(4-F)4]- et [AsF(4-MeO)4]-GHRP-6 ont démontré une capacité à empêcher la surproduction du monoxyde d’azote (NO), un sous-produit réactif formé suite à l’induction d’un signal dans les macrophages par des ligands spécifiques liés au TLR2, tel le fibroblast-stimulating lipopeptide 1 (R-FSL-1) et l’acide lipotéichoïque (LTA). En addition, la sécrétion du tumor necrosis factor alpha (TNFa) et du monocyte chemoattractant protein 1 (MCP-1), ainsi que l’activation du nuclear factor kappa-light-chain-enhancer of activated B cells (NF-kB), ont été réduites. Ces résultats démontrent le potentiel de ces azasulfurylpeptides à pouvoir réguler le rôle du TLR2 qui déclenche des réponses inflammatoires et immunitaires innées (Perspectives). Finalement, le potentiel des azasulfurylpeptides d’inhiber des métallo-bêta-lactamases, tels le New-Delhi Metallo-bêta-lactamase 1 (NDM-1), IMP-1 et le Verona Integron-encoded Metallo-bêta-lactamase 2 (VIM-2), a été étudié en collaboration avec le Professeur James Spencer de l’Université de Bristol (Royaumes-Unis). Certains analogues ont été des inhibiteurs micromolaires du IMP-1 (Perspectives). Ces nouvelles voies de synthèse des azasulfurylpeptides en solution et sur support solide devraient donc permettre leur utilisation dans des études de relations structure-activité avec différents peptides biologiquement actifs. En plus d'expandre l'application des azasulfurylpeptides comme inhibiteurs d'enzymes, cette thèse a révélé le potentiel de ces N-aminosulfamides à mimer les structures secondaires peptidiques, tels que les tours gamma. À cet égard, l’application des azasulfurylpeptides a été démontrée par la synthèse de ligands du CD36 présentant des effets modulateurs sur le TLR2. Compte tenu de leur synthèse efficace et de leur potentiel en tant qu’inhibiteurs, les azasulfurylpeptides devraient trouver une large utilisation dans les sciences de peptides pour des applications dans la médecine et de la chimie biologique.

New Mixed Li/Mg and Li/Mg/Zn Amides for the Chemoselective Metallation of Arenes and Heteroarenes

New mixed Li/Mg and Li/Mg/Zn amides have been synthesized starting from readily prepared secondary amines. They allow a highly chemoselective directed magnesiation or zincation of various polyfunctional aromatics and heteroaromatics. The kinetic basicity, solubility and stability of these new bases have been compared with those of the corresponding 2,2,6,6-tetramethylpiperamide-derived bases. ((c) Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, 69451 Weinheim, Germany, 2009)

Dehydromonocrotaline generates sequence-selective N-7 guanine alkylation and heat and alkali stable multiple fragment DNA crosslinks

Monocrotaline is a pyrrolizidine alkaloid known to cause toxicity in humans and animals. Its mechanism of biological action is still unclear although DNA crosslinking has been suggested to a play a role in its activity. In this study we found that an active metabolite of monocrotaline, dehydromonocrotaline (DHM), alkylates guanines at the N7 position of DNA with a preference for 5'-GG and 5'-GA sequences; In addition, it generates piperidine- and heat-resistant multiple DNA crosslinks, as confirmed by electrophoresis and electron microscopy. On the basis of these findings, we propose that DHM undergoes rapid polymerization to a structure which is able to crosslink several fragments of DNA.

SbCl5—wet acetonitrile: a new system for chemoselective O-desilylation

Abstract—A new efficient method for deprotection of TBDMS derivatives of phenols, primary alcohols, carboxylic acids and secondary amines, consisting of SbCl5 and MeCN with 0.1% water (w/v), is reported. It effects inter alia desilylation of a CH2OTBDMS group in the presence of a ketal function.

Sol-gel routes to supported Friedel-Crafts alkylation catalysts

Aluminosilicate catalysts containing supported ZnCl2 and metal fluoride salts have been prepared using a sol-gel based route, tested and characterized. The activities of these ZnCl2 + metal fluoride catalysts, while greater than "Clayzic" (ZnCI2 supported on montmorillonite KIO) are not as good as supported ZnCl2 only supported on aluminosilicate. Alumina supports have also been prepared via a sol-gel route using various chemical additives to generate a mesoporous structure, loaded with ZnCl2 and tested for activity. The activities for these alumina-supported catalysts are also significantly higher than that of "Clayzic", an effective Friedel-Crafts catalyst. Characterizations of these two types of catalysts were done by magic angle spinning (MAS) NMR, diffuse reflectance infrared (DRIFT) spectroscopy and additionally for the alumina nitrogen adsorption studies were done. Supported aluminum trichloride was also investigated as an alternative to the traditional use of aluminum trichloride.

The importance of hydrogen bonding in the alkylation of phenols

Hydrogen bond assisted alkylation of phenols is compared with the classical base assisted reactions. The influence of solvents on the fluoride assisted reactions is discussed,· with emphasis on the localization of hydrogen bond charge density. Polar aprotic solvents such as DMF favour a-alkylation, and nonpolar aprotic solvents such as toluene favourC-alkylation of phenol. For more reactive and soluble fluorides, such as tetrabu~ylammoniumfluoride, the polar aprotic solvent favours a-alkylation and nonpolar aprotic solvent favours fluorination. Freeze-dried potassium fluoride is a better catalytic agent in hydrogen bond assisted alkylation reactions of phenol than the oven-dried fluoride. The presence of water in the alkylation reactions reduces the expected yield drastically. The tolerance of the reaction to water has also been studied. The use ofa phase transfer catalyst such as tetrabutylammonium bromide in the alkylation reactions of phenol in the presence of potassium fluoride is very effective under anhydrous conditions. Sterically hindered phenols such as 2,6-ditertiarybutyl-4-methyl phenol could not be alkylated even by using the more reactive fluorides, such as tetrabutylammonium fluoride in either polar or nonpolar aprotic solvents. Attempts were also made to alkylate phenols in the presence of triphenylphosphine oxide.

Direct functionalization of heterocyclic and non-heterocyclic arenes

L’application des métaux de transition à la fonctionnalisation directe a ouvert la voie à une nouvelle classe de réactions pour la formation de liens carbone-carbone. De par l'omniprésence des liaisons C–H, l’introduction de nouvelles fonctionnalités chimiques par voie directe et pré-activation minimale s’impose comme une stratégie de synthèse très attrayante. Ainsi, il est envisageable de préparer de manière rapide et efficace des supports complexes menant à des molécules complexes, qui pourraient être utiles dans divers domaines de la chimie. L'objectif principal de la présente thèse vise la fonctionnalisation directe des arènes hétérocycliques et non hétérocycliques et, plus précisément, les techniques d’arylation. Dans un premier temps, nous allons aborder le thème de l’arylation directe tout en mettant l’accent sur les pyridines (Chapitre 1). Ces molécules sont à la base d'une multitude de composés biologiquement actifs et jouent un rôle important dans le domaine des sciences des matériaux, de l’agrochimie et de la synthèse des produits naturels. Dans un deuxième temps, nous discuterons de nos travaux sur l’arylation directe catalysé par un complex de palladium sur des ylures de N-iminopyridinium en soulignant la dérivatisation du sel de pyridinium après une phénylation sp2 (Chapitre 2). L’étude de ce procédé nous a permis de mettre en lumière plusieurs découvertes importantes, que nous expliquerons en détails une à une : l’arylation benzylique directe lorsque des ylures N-iminopyridinium substituées avec un groupement alkyl à la position 2 sont utilisés comme partenaires dans la réaction; les allylations Tsuji-Trost catalysée par un complex de palladium; et l’alkylation directe et sans métal via une catalyse par transfert de phase. Plusieurs défis restent à relever pour le développement de procédés directs utilisant des métaux de transition peu coûteux, d’autant plus que la synthèse par transformation directe des pyridines 2-alcényles, lesquelles sont pertinentes sur le plan pharmacologique, n’a pas encore été rapportée à ce jour. Avec cette problématique en tête, nous avons réussi à mettre au point une alcénylation directe catalysé par un complex de cuivre sur des ylures de N-iminopyridinium. Nous discuterons également d’une nouvelle méthode pour la préparation des iodures de vinyle utilisés dans les couplages. Ces réactions sont non seulement remarquablement chimiosélectives, mais sont aussi applicables à plusieurs substrats (Chapitre 3). En optimisant ce procédé direct, nous avons découvert une façon unique de synthétiser les pyrazolo[1,5-a]pyridines 2-substituées (Chapitre 4). Le mécanisme global met en jeu une séquence tandem de fonctionnalisation-cyclisation directe et un procédé direct en cascade, qui n’avais jamais été rapporté. Cela simplifie ansi la synthèse autrement compliquée de ces substrats en y apportant une solution à un problème de longue date. Dans les deux derniers chapitres, nous examinerons en détail les techniques d’arylation directe qui n'impliquent pas les partenaires de couplage hétérocycliques. Entre autres, au Chapitre 5, nous soulignerons notre découverte d’un umpolung dirigé et catalysé par un complexe de palladium du benzène et de quelques autres dérivés arènes. Il s’agit là du premier cas de fonctionnalisation directe dans laquelle le groupe directeur se trouve sur le partenaire halogène et il s’ajoute à la courte liste d’exemples connus dans la littérature rapportant une arylation directe du benzène. Finalement, au Chapitre 6, nous passerons en revue une nouvelle arylation directe catalysée au fer, qui se veut un procédé peu coûteux, durable et présentant une économie d’atomes. Nous discutons des substrats possibles ainsi des études mécanistiques réalisés.

Développement d'une méthode d'alkylation pour la préparation de ligands carbènes N-hétérocycliques C₁-symétriques et synthèse de nouveaux catalyseurs pour la métathèse d'oléfines

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

Alkylation of Benzene with I-Octene over Titania Pillared Monmorillonite

Linear alkylbenzene sulfonic acid, the largest-volume synthetic surfactant, in addition to its excellent performance , is important due to its biodegradable environmental friendliness, as it has a straight chain and is prepared by the sulphonation of linear alkylbenzenes (LAB). To ensure environmental protection, the commercial benzene alkylation catalysts HF or AICI3 are replaced and we have developed a clean LAB production process using a pillared clay catalyst capable of not only replacing the conventional homogeneous catalyst, but also having high selectivity for the best biodegradable 2-phenyl LAB isomer .Pillared clay catalysts having high Bronsted acidity show efficient conversion in gas phase alkylation of benzene with 1-octene with a good 2-phenyl octane selectivity.

Alkylation of phenol with methanol over mixed oxides of tin with some rare earth elements

Alkylation of phenol with methanol has been carried out over Sn-La and Sn-Sm mixed oxides of varying compositions at 623 K in a vapour phase flow reactor. It is found that the product selectivity is greatly influenced by the acid-base properties of the catalysts. Ortho-cresol formation is favoured over catalysts with weak acid sites whereas formation of 2,6-xylenol occurs in the presence of stronger acid sites. The cyclohexanol decomposition reaction and titrimetric method using Hammett indicators have been employed to elucidate the acid-base properties of the catalysts.

Catalysis of C-alkylation of phenol using V2O5-La2O3 system

Vapour phase methylation of phenol is carried out over La2O3 supported vanadia systems of various composition. The structural features and physico chemical characterisation of the catalysts are investigated. Orthovanadates are formed in addition to surface vanadyl species on the metal oxide support. No V2O5 crystallites are detected. The acid base properties of the oxides are studied by Hammett indicator method and decomposition of cyclohexanol.The data are correlated with the catalytic activity and selectivity of the products. Ring alkylation is found to be predominant over these catalysts.

A comparative study on aniline alkylation activity using methanol and dimethyl carbonate as the alkylating agents over Zn–Co–Fe ternary spinel systems

The catalyst compositions of the Zn1−xCOxFe2O4 (x= 0, 0.2, 0.5, 0.8 and 1.0) spiel series possessing ‘x’ values, x less than or equal to 0.5, are unique for selective N-monomethylation of aniline using methanol as the alkylating agent. Since dimethyl carbonate (DMC) is another potential non-toxic alkylating agent, alkylation of aniline was investigated over various Zn–Co ferrites using DMC as the alkylating agent. The merits and demerits of the two alkylating agents are compared. Catalytic activity followed a similar trend with respect to the composition of the ferrospinel systems. DMC is active at comparatively low temperature, where methanol shows only mild activity. However, on the selectivity basis, DMC as an alkylating agent could not compete with methanol, since the former gave appreciable amounts of N,N-dimethylaniline (NNDMA) even at low temperature where methanol gave nearly 99% N-methylaniline (NMA) selectivity. As in the case of methanol, DMC also did not give any C-alkylated products.

Selective alkylation of aniline to N-methyl aniline using chromium manganese ferrospinels

Various compositions of chromium manganese ferrospinels were tested as catalysts for the vapour phase alkylation of aniline with methanol. The samples were prepared by room temperature co-precipitation technique and characterized by various physico-chemical methods. The acidity–basicity determination revealed that the samples possess greater amount of basic sites than acidic sites. All the ferrite samples proved to be selective and active for N-monoalkylation of aniline leading to N-methyl aniline; Cr0.6Mn0.4Fe2O4, Cr0.8Mn0.2Fe2O4 and CrFe2O4 exhibited cent percent selectivity for N-methyl aniline. Neither C-alkylated products nor any other side products were detected for all catalyst samples. The catalytic activity of the samples studied in this reaction is related to their acid–base properties and also on the cation distribution. Under the optimized reaction conditions all the systems showed constant activity for a long duration.

A comparative study of medium and large pore zeolites in alkylation reactions

In this thesis an attempt has been made to compare the catalytic activity of some medium and large pore zeolites in a few alkylation and acylation reactions. The work reported in the present study is basically centered around the following zeolites namely, ZSM-5, mordenite, zeolite Y and beta. The major reactions carried out were benzoylation of o-xylene, propionylation of toluene and anisole and benzylation of 0xylene.The programme involves the synthesis, modifications and characterization of the zeolite catalysts by various methods. The influence of various parameters such as non-framework cations, Si/AI ratio of zeolites, temperature of the reaction, catalyst concentration, molar ratio of the reactants and recycling of the catalysts were also examined upon the conversion of reactants and the formation of the desired products in the alkylation / acylation reactions.The general conclusions drawn by us from the results obtained are summarized in the last chapter of the thesis. Zeolite beta offers interesting opportunities as a potential catalyst in alkylation reactions and the area of catalysis by medium and large pore zeolites is very fascinating and there is plenty of scope for further research in this field. Moreover, zeolite based catalysts are effective in meeting current industrial processing and more stringent environment pollution limits.