Complexes cationiques POCOP de nickel : synthèse, caractérisation, réactivité et étude catalytique

Ce mémoire traite de la chimie des complexes pinceurs de nickel (II) cationiques ayant un ligand de type POCOP. Elle se divise en deux parties. La première traite de la synthèse, de la caractérisation et de la réactivité des complexes cationiques pinceurs de Ni(II) de type POCOP (POCOP = 1,3-bis(phosphinitobenzene), où C fait partie d’un cycle benzénique et est lié au métal, et P est un ligand phosphoré aussi lié au métal). Ces complexes ont un ligand acétonitrile coordonné au centre métallique et sont du type [(R-POCOPR’)Ni(NCMe)][OSO2CF3], où R est un substituant du cycle benzénique et R’ est un substituant sur le ligand phosphoré (R’ = iPr: R = H (1), p-Me(2), p-OMe(3), p-CO2Me(4), p-Br(5), m,m-tBu2(6), m-OMe(7), m-CO2Me(8); R’ = t-Bu : R = H (9), p-CO2Me(10)). Les complexes cationiques sont préparés en faisant réagir le dérivé Ni(II) neutre correspondant R-(POCOPR’)Ni-Br avec Ag(OSO2CF3¬) dans l’acétonitrile à température ambiante. L’impact des groupements R et R’ du ligand POCOP sur la structure et sur les propriétées électroniques du complexe a été étudié par spectroscopies RMN, UV-VIS et IR, analyse électrochimique, et diffraction des rayons X. Les valeurs de fréquence du lien C≡N (ν(C≡N)) augmentent avec le caractère électroattracteur du complexe, dans l’ordre 7 < 3 ~ 2 ~ 6 < 1 < 5 ~ 8 < 4 et 9 < 10. Ces résultats sont en accord avec le fait qu’une augmentation du caractère électrophile du centre métallique devrait résulter en une augmentation de la donation σ MeCN→Ni. De plus, les complexes cationiques montrent tous un potentiel d’oxydation Ni(II)/Ni(III) plus élevé que leurs analogues neutres Ni-Br. Ensuite, une étude d’équilibre entre un complexe neutre (R-POCOPR’)NiBr et un complexe cationique [(R-POCOPR’)Ni(NCMe)][OSO2CF3] démontre l’échange facile des ligands MeCN et Br. La deuxième partie de ce mémoire consiste en deux chapitres. Le premier (Chapitre 3) est une étude structurelle permettant une meilleure compréhension du mécanisme d’hydroamination des oléfines activées promue par les complexes présentés au chapitre 1, suivi de tentatives de synthèse de nouveaux composés POCOP cationiques comportant un ligand amine et nitrile, et de déplacement du groupement amine par un groupement nitrile. Le deuxième chapitre (4) décrit la réactivité et la cinétique de la réaction d’hydroamination et d’hydroalkoxylation d’oléfines activées, qui permet ainsi de mieux comprendre l’impact des différentes variables du système (groupements R et R’, température, substrats, solvent, etc.) sur la réactivité catalytique.

Complexes cationiques POCOP de nickel : synthèse, caractérisation, réactivité et étude catalytique

Ce mémoire traite de la chimie des complexes pinceurs de nickel (II) cationiques ayant un ligand de type POCOP. Elle se divise en deux parties. La première traite de la synthèse, de la caractérisation et de la réactivité des complexes cationiques pinceurs de Ni(II) de type POCOP (POCOP = 1,3-bis(phosphinitobenzene), où C fait partie d’un cycle benzénique et est lié au métal, et P est un ligand phosphoré aussi lié au métal). Ces complexes ont un ligand acétonitrile coordonné au centre métallique et sont du type [(R-POCOPR’)Ni(NCMe)][OSO2CF3], où R est un substituant du cycle benzénique et R’ est un substituant sur le ligand phosphoré (R’ = iPr: R = H (1), p-Me(2), p-OMe(3), p-CO2Me(4), p-Br(5), m,m-tBu2(6), m-OMe(7), m-CO2Me(8); R’ = t-Bu : R = H (9), p-CO2Me(10)). Les complexes cationiques sont préparés en faisant réagir le dérivé Ni(II) neutre correspondant R-(POCOPR’)Ni-Br avec Ag(OSO2CF3¬) dans l’acétonitrile à température ambiante. L’impact des groupements R et R’ du ligand POCOP sur la structure et sur les propriétées électroniques du complexe a été étudié par spectroscopies RMN, UV-VIS et IR, analyse électrochimique, et diffraction des rayons X. Les valeurs de fréquence du lien C≡N (ν(C≡N)) augmentent avec le caractère électroattracteur du complexe, dans l’ordre 7 < 3 ~ 2 ~ 6 < 1 < 5 ~ 8 < 4 et 9 < 10. Ces résultats sont en accord avec le fait qu’une augmentation du caractère électrophile du centre métallique devrait résulter en une augmentation de la donation σ MeCN→Ni. De plus, les complexes cationiques montrent tous un potentiel d’oxydation Ni(II)/Ni(III) plus élevé que leurs analogues neutres Ni-Br. Ensuite, une étude d’équilibre entre un complexe neutre (R-POCOPR’)NiBr et un complexe cationique [(R-POCOPR’)Ni(NCMe)][OSO2CF3] démontre l’échange facile des ligands MeCN et Br. La deuxième partie de ce mémoire consiste en deux chapitres. Le premier (Chapitre 3) est une étude structurelle permettant une meilleure compréhension du mécanisme d’hydroamination des oléfines activées promue par les complexes présentés au chapitre 1, suivi de tentatives de synthèse de nouveaux composés POCOP cationiques comportant un ligand amine et nitrile, et de déplacement du groupement amine par un groupement nitrile. Le deuxième chapitre (4) décrit la réactivité et la cinétique de la réaction d’hydroamination et d’hydroalkoxylation d’oléfines activées, qui permet ainsi de mieux comprendre l’impact des différentes variables du système (groupements R et R’, température, substrats, solvent, etc.) sur la réactivité catalytique.

Caractérisation du rôle de l’amyline (IAPP) dans le diabète de type 2 : études de dérivés peptidiques et de composés inhibiteurs de la formation d’amyloïde

L’amyloïdose, une maladie progressive et incurable, implique une vaste panoplie de pathologies et de pathogénèses, qui est expliquée par la grande variabilité biologique et structurale des protéines responsables de la formation des dépôts d’amyloïde. L’amyline (polypeptide amyloïde des îlots pancréatiques, IAPP) est une protéine très susceptible de subir des changements de conformation impliquant les feuillets bêta et conférant aussi des propriétés physicochimiques distinctes. Cette protéine prend alors une forme fibrillaire et se dépose dans les îlots de Langerhans chez les humains atteints de diabète de type 2 ou d’insulinome. Ces dépôts d’amyloïde pancréatique (AIAPP) ont été décrits chez certaines espèces animales telles que les félins domestiques, les grands félins, le raton laveur et les primates non humains. La formation de dépôts d’amyloïde contribue à la pathogénèse du diabète de type 2, mais les mécanismes qui induisent la conversion de l’amyline (IAPP) en amyloïde (AIAPP) ne sont pas complètement compris. Les hypothèses du projet sont que certaines variations présentes dans les séquences peptidiques de l’IAPP provenant de différentes espèces animales jouent un rôle critique pour la formation de fibrilles et que plusieurs composés chimiques aromatiques/phénoliques sont capables d’abroger la formation de dépôts d’amyloïde. Le projet de recherche consiste donc à caractériser la propension des différentes isoformes animales d’IAPP à former de l’amyloïde in vitro afin d’identifier les acides aminés jouant un rôle clé dans cette transformation structurale et ultimement d’inhiber la formation d’amyloïde pancréatique. Le projet se divise en deux volets principaux. Le premier consiste à identifier les différentes séquences peptidiques de l’IAPP retrouvées chez les espèces animales. L’objectif est d’identifier les acides aminés jouant un rôle clé dans la formation d’amyloïde. Le gène de l’IAPP a été séquencé chez plus d’une quarantaine d’espèces. Le potentiel d’agrégation des séquences obtenues a été simulé à l’aide d’outils bioinformatique. Une librairie de 23 peptides a été commandée afin de procéder à des analyses physicochimiques in vitro permettant d’évaluer le potentiel amyloïdogénique (test fluorimétrique à la thioflavine T, essai de liaison au rouge Congo, dichroïsme circulaire, microscopie électronique à transmission) et cytotoxique (sur une lignée cellulaire provenant d’insulinome : INS-1). Les analyses effectuées à partir de la librairie constituée de 23 peptides ont permis d’identifier trois séquences ne formant pas d’amyloïde et qui proviennent des espèces animales suivantes : le tamarin lion doré (Leontopithecus rosalia), le grand dauphin (Tursiops truncatus) et l’alpaga (Vicugna pacos). Un site potentiellement critique est le segment 8-20 présentant le motif NFLVH qui ne forme plus d’amyloïde lorsqu’il est remplacé par le motif DFLGR ou KFLIR. Les acides aminés 29P, 14K et 18R sont également impliqués dans l’inhibition de la transformation structurale en fibrille. La dernière partie du projet consiste à inhiber la formation de l’amyloïde en utilisant des composés chimiques commercialisés (hypoglycémiants, anti-inflammatoires non stéroïdiens) ou nouvellement synthétisés dans notre laboratoire (les aryles éthyles urées). Un criblage d’une soixantaine de composés chimiques a été conduit dans cette étude. Leur efficacité a été testée sur l’IAPP humaine, qui possède un fort potentiel amyloïdogénique. Les techniques utilisées sont les mêmes que celles exploitées précédemment. L’essai de liaison croisée photo-induite ("photo-induced cross-linking of unmodified proteins", PICUP) a été réalisé afin d’étudier les formes intermédiaires (monomères, oligomères). Un total de 11 composés chimiques a démontré un potentiel à inhiber l’agrégation des fibrilles. Pour la classe des hypoglycémiants, le glyburide, le répaglinide et la troglitazone ont montré l’activité thérapeutique la plus élevée pour retarder et réduire la formation de fibrilles. Les anti-inflammatoires antiamyloïdogènes actifs incluaient le diclofenac, le méloxicam, le phénylbutazone, le sulindac et le ténoxicam. Les aryles étyles urées les plus intéressantes étaient la EU-362 et la EU-418. Tous ces composés ont conféré une protection cellulaire contre l’activité cytotoxique des fibrilles. Les molécules actives possèdent des éléments structuraux communs tels des substituants donneurs d’électrons (alcool, amine, halogène) sur un noyau benzène. En conclusion, ce projet de recherche a permis de caractériser l’IAPP chez diverses espèces animales, dont plusieurs chez lesquelles elle n’avait pas encore été décrite, de déterminer les sites jouant un rôle clé dans sa transformation en amyloïde et, ultimement, de tester le potentiel thérapeutique de nouveaux agents antiamyloïdogènes dans le diabète de type 2. Nous espérons que ce projet ouvrira ainsi la porte à de nouvelles stratégies de traitement.

New palladium catalysed reactions of bromoporphyrins: synthesis and crystal structures of nickel(II) complexes of primary 5-aminoporphyrin, 5,5’-bis(porphyrinyl) secondary amine, and 5-hydroxyporphyrin

Primary aminoporphyrin, secondary bis(porphyrinyl)amine and hydroxyporphyrin complexes have been isolated and characterised both spectroscopically and crystallographically from the reaction of 5-bromo-10,15,20-triphenylporphyrinato-nickel(II) with hydrazine under palladium catalysis.

Amine-sssisted route to fabricate LiNbO3 particles with a tunable shape

An ethylenediamine-assisted route has been designed for one-step synthesis of lithium niobate particles with a novel rodlike structure in an aqueous solution system. The morphological evolution for these lithium niobate rods was monitored via SEM: The raw materials form large lozenges first. These lozenges are a metastable intermediate of this reaction, and they subsequently crack into small rods after sufficiently long time. These small rods recrystallize and finally grow into individual lithium niobate rods. Interestingly, shape-controlled fabrication of lithium niobate powders was achieved through using different amine ligands. For instance, the ethylenediamine or ethanolamine ligan can induce the formation of rods, while n-butylamine prefers to construct hollow spheres. These as-obtained lithium niobate rods and hollow spheres may exhibit enhanced performance in an optical application field due to their distinctive structures. This effective ligand-tuned-morphology route can provide a new strategy to facilely achieve the shape-controlled synthesis of other niobates.

(Adipato-2O,O')diaqua[bis(pyridin-2-yl-N)amine]cobalt(II) trihydrate

In the monomeric title complex, [Co(C6H8O4)(C10H9N3)(H2O)2]·3H2O, the distorted octahedral CoN2O4 coordination environment comprises two N-atom donors from the bidentate dipyridyldiamine ligand, two O-atom donors from one of the carboxylate groups of the bidentate chelating adipate ligand and two water molecules. In addition, there are three solvent water molecules which are involved in both intra- and inter-unit O-HO hydrogen-bonding interactions, which together with an amine-water N-HO hydrogen bond produce a three-dimensional framework.

Molecular cocrystals of 5-(4-bromophenyl)-1,3,4-thiadiazol-2-amine: hydrogen bonding in the structures of the 1:1 adduct with 2-(naphthalen-2-yloxy)acetic acid and the salt with 3,5-dinitrobenzoic acid

The structures of the anhydrous products from the interaction of 2-amino-5-(4-bromophenyl)-1,3,4-thiadiazole with (2-naphthoxy)acetic acid, the 1:1 adduct C8H6BrN3S . C12H10O3 (I) and 3,5-dinitrobenzoic acid, the salt C8H7BrN3S+ C7H3N2O6- (II) have been determined. In the adduct (I), a heterodimer is formed through a cyclic hydrogen-bonding motif [graph set R2/2(8)], involving carboxylic acid O-H...N(hetero)and amine N-H...O(carboxyl) interactions. The heterodimers are essentially planar with a thiadiazole to naphthyl ring dihedral angle of 15.9(2)deg. and the intramolecular thiadiazole to phenyl ring angle of 4.7(2)deg. An amine N-H...N(hetero) hydrogen bond between the heterodimers generates a one-dimensional chain structure extending down [001]. Also present are weak benzene-benzene and naphthalene-naphthalene pi-pi stacking interactions down the b axis [minimum ring centroid separation, 3.936(3) Ang.]. With the salt (II), the cation-anion association is also through a cyclic R2/2(8) motif but involving duplex N-H...O(carboxyl) hydrogen bonds, giving a heterodimer which is close to planar [dihedral angles between the thiadiazole ring and the two benzene rings, 5.00(16)deg. (intra) and 7.23(15)deg. (inter)]. A secondary centrosymmetric cyclic N-H...O(carboxyl) hydrogen-bonding association involving the second amino H-atom generates a heterotetramer. Also present in the crystal are weak pi-pi i-\p interactions between thiadiazolium rings [minimum ring centroid separation, 3.936(3)Ang.], as well as a short Br...O(nitro) interaction [3.314(4)Ang.]. The two structures reported here now provide a total of three crystallographically characterized examples of co-crystalline products from the interaction of 2-amino-5-(4-bromophenyl)-1,3,4-thiadiazole with carboxylic acids, of which only one involves proton-transfer.

Characterising in situ activation and degradation of hindered amine light stabilisers using liquid extraction surface analysis-mass spectrometry

Changes in the molecular structure of polymer antioxidants such as hindered amine light stabilisers (HALS) is central to their efficacy in retarding polymer degradation and therefore requires careful monitoring during their in-service lifetime. The HALS, bis-(1-octyloxy-2,2,6,6-tetramethyl-4-piperidinyl) sebacate (TIN123) and bis-(1,2,2,6,6-pentamethyl-4-piperidinyl) sebacate (TIN292), were formulated in different polymer systems and then exposed to various curing and ageing treatments to simulate in-service use. Samples of these coatings were then analysed directly using liquid extraction surface analysis (LESA) coupled with a triple quadrupole mass spectrometer. Analysis of TIN123 formulated in a cross-linked polyester revealed that the polymer matrix protected TIN123 from undergoing extensive thermal degradation that would normally occur at 292 degrees C, specifically, changes at the 1- and 4-positions of the piperidine groups. The effect of thermal versus photo-oxidative degradation was also compared for TIN292 formulated in polyacrylate films by monitoring the in situ conversion of N-CH3 substituted piperidines to N-H. The analysis confirmed that UV light was required for the conversion of N-CH3 moieties to N-H - a major pathway in the antioxidant protection of polymers - whereas this conversion was not observed with thermal degradation. The use of tandem mass spectrometric techniques, including precursor-ion scanning, is shown to be highly sensitive and specific for detecting molecular-level changes in HALS compounds and, when coupled with LESA, able to monitor these changes in situ with speed and reproducibility. (C) 2013 Elsevier B. V. All rights reserved.

Desorption electrospray ionisation mass spectrometry of stabilised polyesters reveals activation of hindered amine light stabilisers

The use of hindered amine light stabilizers (HALS) to retard thermo- and photo-degradation of polymers has become increasingly common. Proposed mechanisms of polymer stabilisation involve significant changes to the HALS chemical structure; however, reports of the characterisation of these modified chemical species are limited. To better understand the fate of HALS and determine their in situ modifications, desorption electrospray ionisation mass spectrometry (DESI-MS) was employed to characterise ten commercially available HALS present in polyester-based coil coatings. TINUVIN® 770, 292, 144, 123, 152, and NOR371; HOSTAVIN® 3052, 3055, 3050, and 3058 were separately formulated with a pigmented, thermosetting polyester resin, cured on metal at 262 C and analysed directly by DESI-MS. High-level ab initio molecular orbital theory calculations were also undertaken to aid the mechanistic interpretation of the results. For HALS containing N-substituted piperidines (i.e., N-CH3, N-C(O)CH3, and N-OR) a secondary piperidine (N-H) analogue was detected in all cases. The formation of these intermediates can be explained either through hydrogen abstraction based mechanisms or direct N-OR homolysis with the former dominant under normal service temperatures (ca. 25-80 C), and the latter potentially becoming competitive under the high temperatures associated with curing (ca. 230-260 C). © 2013 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Identification, functional expression and kinetic analysis of two primary amine oxidases from Rhodococcus opacus

Two native copper-containing amine oxidases (EC 1.4.3.21) have been isolated from Rhodococcus opacus and reveal phenotypic plasticity and catalytic activity with respect to structurally diverse natural and synthetic amines. Altering the amine growth substrate has enabled tailored and targeted oxidase upreg-ulation, which with subsequent treatment by precipitation, ion exchange and gel filtration, achieved a 90–150 fold purification. MALDI-TOF mass spectrometric and genomic analysis has indicated multiple gene activation with complex biodegradation pathways and regulatory mechanisms. Additional post-purification characterisation has drawn on the use of carbonyl reagent and chelating agent inhibitors. Michaelis–Menten kinetics for common aliphatic and aromatic amine substrates and several structural analogues demonstrated a broad specificity and high affinity with Michaelis constants (K M) ranging from 0.1 to 0.9 mM for C 1 –C 5 aliphatic mono-amines and <0.2 mM for a range of aromatic amines. Potential exploitation of the enzymatic versatility of the two isolated oxidases in biosensing and bioprocessing is discussed.

Role of amine oxidase expression to maintain putrescine homeostasis in Rhodococcus opacus

While applications of amine oxidases are increasing, few have been characterised and our understanding of their biological role and strategies for bacteria exploitation are limited. By altering the nitrogen source (NH4Cl, putrescine and cadaverine (diamines) and butylamine (monoamine)) and concentration, we have identified a constitutive flavin dependent oxidase (EC 1.4.3.10) within Rhodococcus opacus. The activity of this oxidase can be increased by over two orders of magnitude in the presence of aliphatic diamines. In addition, the expression of a copper dependent diamine oxidase (EC 1.4.3.22) was observed at diamine concentrations>1mM or when cells were grown with butylamine, which acts to inhibit the flavin oxidase. A Michaelis-Menten kinetic treatment of the flavin oxidase delivered a Michaelis constant (KM)=190μM and maximum rate (kcat)=21.8s(-1) for the oxidative deamination of putrescine with a lower KM (=60μM) and comparable kcat (=18.2s(-1)) for the copper oxidase. MALDI-TOF and genomic analyses have indicated a metabolic clustering of functionally related genes. From a consideration of amine oxidase specificity and sequence homology, we propose a putrescine degradation pathway within Rhodococcus that utilises oxidases in tandem with subsequent dehydrogenase and transaminase enzymes. The implications of PUT homeostasis through the action of the two oxidases are discussed with respect to stressors, evolution and application in microbe-assisted phytoremediation or bio-augmentation.

Desorption electrospray ionisation mass spectrometry reveals in situ modification of a hindered amine light stabiliser resulting from direct N–OR bond cleavage

Detection and characterisation of structural modifications of a hindered amine light stabiliser (HALS) directly from a polyester-based coil coating have been achieved by desorption electrospray ionisation mass spectrometry (DESI-MS) for the first time. In situ detection is made possible by exposing the coating to an acetone vapour atmosphere prior to analysis. This is a gentle and non-destructive treatment that allows diffusion of analyte to the surface without promoting lateral migration. Using this approach a major structural modification of the HALS TINUVIN®123 (bis(1-octyloxy-2,2,6,6-tetramethyl-4-piperidyl) sebacate) was discovered where one N-ether piperidine moiety (N-OC8H17) is converted to a secondary piperidine (N–H). With the use of 2-dimensional DESI-MS imaging the modification was observed to arise during high curing temperatures (ca. 260 °C) and under simulated physiological conditions (80 °C, full solar spectrum). It is proposed that the secondary piperidine derivative is a result of a highly reactive aminyl radical intermediate produced by N–O homolytic bond cleavage. The nature of the bond cleavage is also suggested by ESR spin-trapping experiments employing α-phenyl-N-tert-butyl nitrone (PBN) in toluene at 80 °C. The presence of a secondary piperidine derivative in situ and the implication of N–OR competing with NO–R bond cleavage suggest an alternative pathway for generation of the nitroxyl radical—an essential requirement in anti-oxidant activity that has not previously been described for the N-ether sub-class of HALS.

Structural identification of hindered amine light stabilisers in coil coatings using electrospray ionisation tandem mass spectrometry

Hindered amine light stabilisers (HALS) are the most effective antioxidants currently available for polymer systems in post-production, in-service applications, yet the mechanism of their action is still not fully understood. Structural characterisation of HALS in polymer matrices, particularly the identification of structural modifications brought about by oxidative conditions, is critical to aid mechanistic understanding of the prophylactic effects of these molecules. In this work, electrospray ionisation tandem mass spectrometry (ESI-MS/MS) was applied to the analysis of a suite of commercially available 2,2,6,6-tetramethylpiperidine-based HALS. Fragmentation mechanisms for the \[M + H](+) ions are proposed, which provide a rationale for the product ions observed in the MS/MS and MS(3) mass spectra of N-H, N-CH(3), N-C(O)CH(3) and N-OR containing HALS (where R is an alkyl substituent). A common product ion at m/z 123 was identified for the group of antioxidants containing N-H, N-CH3 or N-C(0)CH3 functionality, and this product ion was employed in precursor ion scans on a triple quadrupole mass spectrometer to identify the HALS species present in a crude extract from of a polyester-based coil coating. Using MS/MS, two degradation products were unambiguously identified. This technique provides a simple and selective approach to monitoring HALS structures within complex matrices. Copyright (C) 2010 John Wiley & Sons, Ltd.