Synthesis of Azepino4,5-b]indolones by an Intramolecular Cyclization of Unsaturated Tryptamides

A facile general route for the synthesis of azepino4,5-b]indolones is presented. The strategy involves a Bronsted acid assisted intramolecular cyclization of unsaturated tryptamides. The methodology developed has been applied to the synthesis of the ABCD tetracyclic core of the natural product tronocarpine.

PIFA-Mediated Oxidative Cyclization of 1-Carbamoyl-1-oximylcycloalkanes: Synthesis of Spiro-Fused Pyrazolin-5-one N-Oxides

convenient and efficient synthesis of spiro-fused pyrazolin-5-one N-oxides starting from readily available 1-carbamoyl-1-oximylcycloalkanes is developed. This general protocol features a novel and facile way for access to the five-membered azaheterocycles by formation of a new N-N single bond. The key cyclization step utilizes the formation of an N-oxonitrenium intermediate, mediated by the hypervalent iodine reagent PIFA, and its subsequent intramolecular trapping by the amide moiety under rather mild experimental conditions.

Enantioselective Intramolecular Michael Addition of Nitronates onto Conjugated Esters: Access to Cyclic γ-Amino Acids with up to Three Stereocenters

A highly stereoselective synthesis of conformationally constrained cyclic γ-amino acids has been devised. The key step involves an intramolecular cyclization of a nitronate onto a conjugated ester, promoted by a bifunctional thiourea catalyst. This methodology has been successfully applied to generate a variety of γ-amino acids, including some containing three contiguous stereocenters, with very high diastereoselectivity and excellent enantioselectivity. It is postulated that an interaction that is key to the success of the process is the simultaneous coordination of the thiourea functionality to both the conjugated ester and the nitronate. Finally, the synthetic utility of these compounds is demonstrated in the synthesis of two dipeptides derived from the C- and N-termini.

Photoredox catalysis of intramolecular cyclizations with a reusable silica-bound ruthenium complex

Photoredox catalysis with the use of a stable, reusable silica-bound chromophore was applied to the intramolecular cyclization of a series of 2-benzylidenehydrazinecarbothioamides to give 5-phenyl-1,3,4-thiadiazol-2-amines. The catalyst was readily prepared by carbodiimide-mediated coupling of commercially available amine-functionalized silica beads to a carboxylic acid functionalized ruthenium complex. The immobilized catalyst was readily removed from the reaction product by filtration and was used eight times without loss of catalytic activity. This simple, safe, and practical method is an attractive alternative to conventional procedures.

Sulfoxides as an intramolecular sulfenylating agent for indoles and diverse applications of the sulfide-sulfoxide redox cycle in organic chemistry

This dissertation involves study of various aspects of sulfoxide chemistry. Specifically designed t-butyl and propanenitrile sulfoxides tethered to indole-2-carboxamide were used as a source of intramolecular sulfenylating agents to synthesize novel indolo[3,2-b]-1-5-benzothiazepinones which are structurally analogous to the other biologically active benzothiazepinones. This study reveals that the intramolecular cyclization of sulfoxide follows an electrophilic sulfenylation (Sulfoxide Electrophilic Sulfenylation, SES) reaction pathway. Evidence of the absence of sulfenic acid as a transient reactive intermediate in such intramolecular cyclization is also provided. In another study, sulfoxide was used as a “protecting group” of thioether to synthesize 8-membered, indole substituted, thiazocine-2-acetic acid derivative via Ring Closing Metathesis (RCM). Protection (oxidation) of inert (to RCM) sulfide to sulfoxide followed by RCM produced cyclized product in good yields. Deprotection (reduction) of sulfoxide was achieved using Lawessons Reagent (L.R.). Application of the sulfide-sulfoxide redox cycle to solve the existing difficulties in using RCM methodology to thioethers is illustrated. A new design of a “molecular brake”, based on the sulfide-sulfoxide redox cycle is described. N-Ar rotation in simple isoindolines is controlled by the oxidation state of the proximate sulfur atom. Sulfide [S(II)] shows “free” [brake OFF] N-Ar rotation whereas sulfoxide displayed hindered [brake ON] N-Ar rotation. The semi-empirical molecular orbital (PM3) calculations revealed concerted pyramidalization of amidic nitrogen with N-Ar rotation.

Towards a green synthesis of isoquinoline: Beckmann rearrangement of E,-cinnamaldoxime over H-zeolites

Isoquinoline was prepared through the Beckmann rearrangement of cinnamaldoxime over different H-zeolites, K-10 montmorillonite clay, amorphous SiO2–Al2O3 and γ-alumina under well-optimized conditions of temperature, weight hourly space velocity and catalyst loading. Cinnamaldoxime under ambient reaction conditions over the catalysts underwent migration of the anti-styryl moiety to electron deficient nitrogen (Beckmann rearrangement) followed by an intramolecular cyclization to yield isoquinoline. Cinnamo-nitrile (dehydration product) and cinnamaldehyde were formed as by-products. Isoquinoline formation was high on zeolite catalysts (ca. >86.5%) and mordenite (ca. 92.3%) was the most efficient in the series. Catalysts were susceptible for deactivation and the decrease in the percentage conversion of oxime with time is associated with a corresponding increase in the acid hydrolysis producing salicylaldehyde at later stages of the reaction. However, these catalysts retain activity considerably and can be recycled without loss of activity and change of product distribution.

Efficient One-Pot Synthesis of Highly Substituted Thiophene Library from 1,3-Dicarbonyl Compounds

A faccile and efficient one-pot synthesis of highly substituted thiophenes has been developed and employed for the preparation of a small focused library. Treatment of 1,3-dicarbonyl compounds 1 with CS2 in the presence of K2CO3 in DMF at room temperature, followed by stepwise addition of alkyl bromides 2 and methylene active bromides 3, provided via intramolecular cyclization 2,3,4,5-tetrasubstituted thiophenes 4 in yields of 77-94%. This protocol, combining construction and modification of the thiophene ring, increases the structural diversity of final products from readily available materials. A mechanism for the one-pot synthesis of thiophenes of type 4 has been proposed. A small focused library of thiophenes is prepared using the sequential addition of reagents to achieve unique substitution in the 2 and 5 position of the thiophene ring

A Facile and Efficient One-Pot Synthesis of Substituted Quinolines from alpha-Arylamino Ketones Under Vilsmeier Conditions

An efficient one-pot synthesis of substituted quinolines from alpha-arylamino ketones in the presence of PBr3 in DMF has been developed. This general protocol provides a novel and facile access to substituted quinolines by sequential Vilsmeier-Haack reaction, intramolecular cyclization and aromatization reactions of alpha-arylamino ketones. PBr3 plays a dual role in the quinoline synthesis: as a key component of the Vilsmeier reagent (PBr3/DMF) and as a reducing reagent.

Novos receptores moleculares baseados em calix[4]arenos: aplicação à química sensorial

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Química

Conception, synthèse et diversification de l'azaGly-Pro : un mime de tour beta, outil d'étude structure-activité : application au développement d'un nouvel agent tocolytique

Les accouchements prématurés constituent un problème médical majeur en constante augmentation et ce, malgré tous les efforts mis en œuvre afin de contrer le déclenchement des contractions avant terme. Cette thèse relate du ''design'' rationnel d'un nouvel agent thérapeutique (i.e., tocolytique) qui serait capable de 1) arrêter les contractions, et 2) prolonger la gestation. Pour ce faire, une nouvelle cible, la prostaglandine F2α et son récepteur ont été sélectionnés et le peptidomimétisme a été choisi afin de résoudre cette problématique. L'introduction contient un historique rapide de la conception à la synthèse (''drug design'') du peptide parent, le PDC113, premier peptide a avoir démontré des aptitudes tocolytiques suffisantes pour faire du peptidomimétisme. La deuxième partie de l'introduction présente les concepts du peptidomimétisme appliqués au PDC113 qui ont permis d'accéder au PDC113.824, inhibiteur allostérique du récepteur de la prostaglandine F2α, et explique comment ce mime nous a permis d'élucider les mécanismes de signalisation intracellulaire impliqués dans la contraction musculaire lisse. Cette thèse présente la conception, la synthèse et l'étude structure-activité de mimes de repliement de tour β au sein du mime peptidique original (PDC113.824) dans lequel nous avons remplacé l'azabicycloalkane central (l'indolizidin-2-one) par une série d'autres azabicycloalcanes connus et des acides aza-aminés dont nous avons élaboré la synthèse. Dans un premier temps, une nouvelle stratégie de synthèse en solution de l'aza-glycyl-proline à partir de la diphényle hydrazone et du chloroformate de p-nitrophényle a été réalisée. Cette stratégie a permis d'éliminer les réactions secondaires de cyclisation intramoléculaires communément obtenues lors de l'introduction d'acides aza-aminés avec les protections traditionnelles de type carbamate en présence de phosgène, mais aussi de faciliter l'accès en une étape à des dérivés peptidiques du type aza-glycyle. L'élongation de l'aza-glycyl-proline en solution nous a permis d'accéder à un nouveau mime tetrapeptidique du Smac, un activateur potentiel de l'apoptose au sein de cellules cancéreuses. Par la suite, nous avons développé une stratégie de diversification sélective de l'azote α du résidu azaglycine en utilisant différents types d'halogénures d'alkyle en présence de tert-butoxyde de potassium. Afin de valider le protocole d'alkylation de l'aza-dipeptide, différents halogénures d'alkyle ont été testés. Nous avons également démontré l'utilité des aza-dipeptides résultants en tant que ''building block'' afin d'accéder à une variété d'azapeptides. En effet, l'aza-dipeptide a été déprotégée sélectivement soit en N-terminal soit en C-terminal, respectivement. D'autre part, la libération de l'amine de l'ester méthylique de l'aza-alkylglycyl-proline a conduit à une catégorie de composés à potentiel thérapeutique, les azadicétopipérazines (aza-DKP) par cyclisation intramoléculaire. Enfin, notre intérêt quant au développement d'un nouvel agent tocolytique nous a amené à développer une nouvelle voie de synthèse en solution du PDC113.824 permettant ainsi d'élucider les voies de signalisation intracellulaires du récepteur de la prostaglandine F2α. Afin de valider l'importance de la stéréochimie et d'étudier la relation structure/ activité du mime, nous avons remplacé l'indolizidin-2-one (I2aa) centrale du PDC113.824 par une série d'autres azabicycloalcanes et azadipeptides. Les azabicycloalcanes D-I2aa, quinolizidinone, et indolizidin-9-one ont été synthétisés et incorporés au sein du dit peptide ne donnant aucune activité ni in vitro ni ex vivo, validant ainsi l'importance du tour β de type II' pour le maintien de l'activité biologique du PDC113.824. Finalement, l'insertion d'une série de dérivés aza(alkyl)glycyl-prolyles a mené à de nouveaux inhibiteurs allostériques du récepteur de la PGF2α, l'un contenant l'azaglycine et l'autre, l'azaphénylalanine. Cette thèse a ainsi contribué, grâce à la conception et l'application de nouvelles méthodes de synthèse d'aza-peptides, au développement de nouveaux composés à potentiel thérapeutique afin d'inhiber le travail prématuré.

Carbon-carbon bond formation : from transition metal catalysis to base-promoted homolytic aromatic substitution

Cette thèse de doctorat porte sur la catalyse à partir de métaux de transition et sur la substitution homolytique aromatique favorisée par une base visant à former de nouvelles liaisons C–C, et à ainsi concevoir de nouvelles structures chimiques. Au cours des vingt dernières années, des nombreux efforts ont été réalisés afin de développer des méthodologies pour la fonctionnalisation de liens C–H, qui soient efficaces et sélectives, et ce à faible coût et en produisant le minimum de déchets. Le chapitre d'introduction donnera un aperçu de la fonctionnalisation directe de liens C–H sur des centres sp2 et sp3. Il sera également discuté dans cette partie de certains aspects de la chimie radicalaire reliés a ce sujet. Les travaux sur la fonctionnalisation d’imidazo[1,5-a]pyridines catalysée par des compleces de ruthénium seront présentés dans le chapitre 2. Malgré l'intérêt des imidazo[1,5-a]azines en chimie médicinale, ces composés n’ont reçu que peu d'attention dans le domaine de la fonctionnalisation de liens C–H. L'étendue de la réaction et l'influence des effets stériques et électroniques seront détaillés. Les cyclopropanes représentent les 10ème cycles carbonés les plus rencontrés dans les petites molécules d’intérêt pharmacologique. Ce sont aussi des intermédiaires de synthèse de choix pour la création de complexité chimique. Malgré de grands progrès dans le domaine de la fonctionnalisation de liens C(sp3)–H, l'étude des cyclopropanes comme substrats dans les transformations directes est relativement nouvelle. Le chapitre trois présentera l'arylation intramoléculaire directe de cyclopropanes. Cette réaction est réalisée en présence de palladium, en quantité catalytique, en combinaison avec des sels d’argent. Des études mécanistiques ont réfuté la formation d'un énolate de palladium et suggéreraient plutôt une étape de métallation - déprotonation concertée. En outre, les cycles de type benzoazepinone à sept chaînons ont été synthétisés par l'intermédiaire d'une séquence d'activation de cyclopropane/ouverture/cyclisation. Une arylation directe intermoléculaire des cyclopropanes a été réalisée en présence d'un auxiliaire de type picolinamide (Chapitre 4). Les deux derniers chapitres de ce mémoire de thèse décriront nos études sur la substitution homolytique aromatique favorisée par une base. Le mécanisme de la réaction de cyclisation intramoléculaire d'halogénures d'aryle, réalisée en présence de tert-butylate de potassium, a été élucidé et se produit via une voie radicalaire (Chapitre 5). La transformation, exempte de métaux de transition, ne nécessite que la présence d’une base et de pyridine comme solvant. Cette réaction radicalaire a été étendue à la cyclisation d'iodures d'alkyle non activés en présence d'un catalyseur à base de nickel et de bis(trimethylsilyl)amidure de sodium comme base (Chapitre 6). Des études de RMN DOSY ont démontré une association entre le catalyseur, la base et le matériel de départ.

Accumulation of (5 ` S)-8,5 `-cyclo-2 `-deoxyadenosine in organs of Cockayne syndrome complementation group B gene knockout mice

Cockayne syndrome (CS) is a human genetic disorder characterized by sensitivity to UV radiation, neurodegeneration, premature aging among other phenotypes. CS complementation group B (CS-B) gene (csb) encodes the CSB protein (CSB) that is involved in base excision repair of a number of oxidatively induced lesions in genomic DNA in vivo. We hypothesized that CSB may also play a role in cellular repair of the DNA helix-distorting tandem lesion (5`S)-8,5`-cyclo-2`-deoxyadenosine (S-cdA). Among many DNA lesions. S-cdA is unique in that it represents a concomitant damage to both the sugar and base moieties of the same nucleoside. Because of the presence of the C8-C5` covalent bond, S-cdA is repaired by nucleotide excision repair unlike most of other oxidatively induced lesions in DNA, which are subject to base excision repair. To test our hypothesis, we isolated genomic DNA from brain, kidney and liver of wild type and csb knockout (csb(-/-)) mice. Animals were not exposed to any exogenous oxidative stress before the experiment. DNA samples were analysed by liquid chromatography/mass spectrometry with isotope-dilution. Statistically greater background levels of S-cdA were observed in all three organs of csb(-/-) mice than in those of wild type mice. These results suggest the in vivo accumulation of S-cdA in genomic DNA due to lack of its repair in csb(-/-) mice. Thus, this study provides, for the first time, the evidence that CSB plays a role in the repair of the DNA helix-distorting tandem lesion S-cdA. Accumulation of unrepaired S-cdA in vivo may contribute to the pathology associated with CS. Published by Elsevier B.V.

I. Development of the In Situ Reductive Ozonolysis of Alkenes with Tertiary Amine N-Oxides. II. Progress toward the Asymmetric Synthesis of Peroxyplakoric Acid A3.

Ozone, first discovered in the mid 1800’s, is a triatomic allotrope of oxygen that is a powerful oxidant. For over a century, research has been conducted into the synthetic application and mechanism of reactions of ozone with organic compounds. One of the major areas of interest has been the ozonolysis of alkenes. The production of carbonyl compounds is the most common synthetic application of ozonolysis. The generally accepted mechanism developed by Rudolf Criegee for this reaction involves the 1,3-electrocyclic addition of ozone to the π bond of the alkene to form a 1,2,3-trioxolane or primary ozonide. The primary ozonide is unstable at temperatures above -100 °C and undergoes cycloreversion to produce the carbonyl oxide and carbonyl intermediates. These intermediates then recombine in another 1,3-electrocyclic addition step to form the 1,2,4-trioxolane or final ozonide. While the final ozonide is often isolable, most synthetic applications of ozonolysis require a subsequent reductive or oxidative step to form the desired carbonyl compound. During investigations into the nucleophilic trapping of the reactive carbonyl oxide, it was discovered that when amines were used as additives, an increased amount of reaction time was required in order to consume all of the starting material. Surprisingly, significant amounts of aldehydes and a suppression of ozonide formation also occurred which led to the discovery that amine N-oxides formed by the ozonation of the amine additives in the reaction were intercepting the carbonyl oxide. From the observed production of aldehydes, our proposed mechanism for the in situ reductive ozonolysis reaction with amine N-oxides involves the nucleophilic trapping of the carbonyl oxide intermediate to produce a zwitterionic adduct that fragments into 1O2, amine and the carbonyl thereby avoiding the formation of peroxidic intermediates. With the successful total syntheses of peroxyacarnoates A and D by Dr. Chunping Xu, the asymmetric total synthesis of peroxyplakorate A3 was investigated. The peroxyplakoric acids are cyclic peroxide natural products isolated from the Plakortis species of marine sponge that have been found to exhibit activity against malaria, cancer and fungi. Even though the peroxyplakorates differ from the peroxyacarnoates in the polyunsaturated tail and the head group, the lessons learned from the syntheses of the peroxyacarnoates have proven to be valuable in the asymmetric synthesis of peroxyplakorate A3. The challenges for the asymmetric synthesis of peroxyplakorate A3 include the stereospecific formation of the 3-methoxy-1,2-dioxane core with a propionate head group and the introduction of oxidation sensitive dienyl tail in the presence of a reduction sensitive 1,2-dioxane core. It was found that the stereochemistry of two of the chiral centers could be controlled by an anti-aldol reaction of a chiral propionate followed by the stereospecific intramolecular cyclization of a hydroperoxyacetal. The regioselective ozonolysis of a 1,2-disubstituted alkene in the presence of a terminal alkyne forms the required hydroperoxyacetal as a mixture of diastereomers. Finally, the dienyl tail is introduced by a hydrometallation/iodination of the alkyne to produce a vinyl iodide followed by a palladium catalyzed coupling reaction. While the coupling reaction was unsuccessful in these attempts, it is still believed that the intramolecular cyclization to introduce the 1,2-dioxane core could prove to be a general solution to many other cyclic peroxides natural products.