Design and synthesis of constrained azacyclic pyrrolidine analogues of FTY720 as anticancer agents & metal coordination-controlled and bifunctional catalysis toward tertiary β-Ketols

Cette thèse se compose en deux parties: Première Partie: La conception et la synthèse d’analogues pyrrolidiniques, utilisés comme agents anticancéreux, dérivés du FTY720. FTY720 est actuellement commercialisé comme médicament (GilenyaTM) pour le traitement de la sclérose en plaques rémittente-récurrente. Il agit comme immunosuppresseur en raison de son effet sur les récepteurs de la sphingosine-1-phosphate. A fortes doses, FTY720 présente un effet antinéoplasique. Cependant, à de telles doses, un des effets secondaires observé est la bradycardie dû à l’activation des récepteurs S1P1 et S1P3. Ceci limite son potentiel d’utilisation lors de chimiothérapie. Nos précédentes études ont montré que des analogues pyrrolidiniques dérivés du FTY720 présentaient une activité anticancéreuse mais aucune sur les récepteurs S1P1 et S1P3. Nous avons soumis l’idée qu’une étude relation structure-activité (SARs) pourrait nous conduire à la découverte de nouveaux agents anti tumoraux. Ainsi, deux séries de composés pyrrolidiniques (O-arylmethyl substitué et C-arylmethyl substitué) ont pu être envisagés et synthétisés (Chapitre 1). Ces analogues ont montré d’excellentes activités cytotoxiques contre diverses cellules cancéreuses humaines (prostate, colon, sein, pancréas et leucémie), plus particulièrement les analogues actifs qui ne peuvent pas être phosphorylés par SphK, présentent un plus grand potentiel pour le traitement du cancer sans effet secondaire comme la bradycardie. Les études mécanistiques suggèrent que ces analogues de déclencheurs de régulation négative sur les transporteurs de nutriments induisent une crise bioénergétique en affamant les cellules cancéreuses. Afin d’approfondir nos connaissances sur les récepteurs cibles, nous avons conçu et synthétisé des sondes diazirine basées sur le marquage d’affinité aux photons (méthode PAL: Photo-Affinity Labeling) (Chapitre 2). En s’appuyant sur la méthode PAL, il est possible de récolter des informations sur les récepteurs cibles à travers l’analyse LC/MS/MS de la protéine. Ces tests sont en cours et les résultats sont prometteurs. Deuxième partie: Coordination métallique et catalyse di fonctionnelle de dérivés β-hydroxy cétones tertiaires. Les réactions de Barbier et de Grignard sont des méthodes classiques pour former des liaisons carbone-carbone, et généralement utilisées pour la préparation d’alcools secondaires et tertiaires. En vue d’améliorer la réaction de Grignard avec le 1-iodobutane dans les conditions « one-pot » de Barbier, nous avons obtenu comme produit majoritaire la β-hydroxy cétone provenant de l’auto aldolisation de la 5-hexen-2-one, plutôt que le produit attendu d’addition de l’alcool (Chapitre 3). La formation inattendue de la β-hydroxy cétone a également été observée en utilisant d’autres dérivés méthyl cétone. Étonnement dans la réaction intramoléculaire d’une tricétone, connue pour former la cétone Hajos-Parrish, le produit majoritaire est rarement la β-hydroxy cétone présentant la fonction alcool en position axiale. Intrigué par ces résultats et après l’étude systématique des conditions de réaction, nous avons développé deux nouvelles méthodes à travers la synthèse sélective et catalytique de β-hydroxy cétones spécifiques par cyclisation intramoléculaire avec des rendements élevés (Chapitre 4). La réaction peut être catalysée soit par une base adaptée et du bromure de lithium comme additif en passant par un état de transition coordonné au lithium, ou bien soit à l’aide d’un catalyseur TBD di fonctionnel, via un état de transition médiée par une coordination bidenté au TBD. Les mécanismes proposés ont été corroborés par calcul DFT. Ces réactions catalytiques ont également été appliquées à d’autres substrats comme les tricétones et les dicétones. Bien que les efforts préliminaires afin d’obtenir une enantioselectivité se sont révélés sans succès, la synthèse et la recherche de nouveaux catalyseurs chiraux sont en cours.

Design and synthesis of constrained azacyclic pyrrolidine analogues of FTY720 as anticancer agents & metal coordination-controlled and bifunctional catalysis toward tertiary β-Ketols

Cette thèse se compose en deux parties: Première Partie: La conception et la synthèse d’analogues pyrrolidiniques, utilisés comme agents anticancéreux, dérivés du FTY720. FTY720 est actuellement commercialisé comme médicament (GilenyaTM) pour le traitement de la sclérose en plaques rémittente-récurrente. Il agit comme immunosuppresseur en raison de son effet sur les récepteurs de la sphingosine-1-phosphate. A fortes doses, FTY720 présente un effet antinéoplasique. Cependant, à de telles doses, un des effets secondaires observé est la bradycardie dû à l’activation des récepteurs S1P1 et S1P3. Ceci limite son potentiel d’utilisation lors de chimiothérapie. Nos précédentes études ont montré que des analogues pyrrolidiniques dérivés du FTY720 présentaient une activité anticancéreuse mais aucune sur les récepteurs S1P1 et S1P3. Nous avons soumis l’idée qu’une étude relation structure-activité (SARs) pourrait nous conduire à la découverte de nouveaux agents anti tumoraux. Ainsi, deux séries de composés pyrrolidiniques (O-arylmethyl substitué et C-arylmethyl substitué) ont pu être envisagés et synthétisés (Chapitre 1). Ces analogues ont montré d’excellentes activités cytotoxiques contre diverses cellules cancéreuses humaines (prostate, colon, sein, pancréas et leucémie), plus particulièrement les analogues actifs qui ne peuvent pas être phosphorylés par SphK, présentent un plus grand potentiel pour le traitement du cancer sans effet secondaire comme la bradycardie. Les études mécanistiques suggèrent que ces analogues de déclencheurs de régulation négative sur les transporteurs de nutriments induisent une crise bioénergétique en affamant les cellules cancéreuses. Afin d’approfondir nos connaissances sur les récepteurs cibles, nous avons conçu et synthétisé des sondes diazirine basées sur le marquage d’affinité aux photons (méthode PAL: Photo-Affinity Labeling) (Chapitre 2). En s’appuyant sur la méthode PAL, il est possible de récolter des informations sur les récepteurs cibles à travers l’analyse LC/MS/MS de la protéine. Ces tests sont en cours et les résultats sont prometteurs. Deuxième partie: Coordination métallique et catalyse di fonctionnelle de dérivés β-hydroxy cétones tertiaires. Les réactions de Barbier et de Grignard sont des méthodes classiques pour former des liaisons carbone-carbone, et généralement utilisées pour la préparation d’alcools secondaires et tertiaires. En vue d’améliorer la réaction de Grignard avec le 1-iodobutane dans les conditions « one-pot » de Barbier, nous avons obtenu comme produit majoritaire la β-hydroxy cétone provenant de l’auto aldolisation de la 5-hexen-2-one, plutôt que le produit attendu d’addition de l’alcool (Chapitre 3). La formation inattendue de la β-hydroxy cétone a également été observée en utilisant d’autres dérivés méthyl cétone. Étonnement dans la réaction intramoléculaire d’une tricétone, connue pour former la cétone Hajos-Parrish, le produit majoritaire est rarement la β-hydroxy cétone présentant la fonction alcool en position axiale. Intrigué par ces résultats et après l’étude systématique des conditions de réaction, nous avons développé deux nouvelles méthodes à travers la synthèse sélective et catalytique de β-hydroxy cétones spécifiques par cyclisation intramoléculaire avec des rendements élevés (Chapitre 4). La réaction peut être catalysée soit par une base adaptée et du bromure de lithium comme additif en passant par un état de transition coordonné au lithium, ou bien soit à l’aide d’un catalyseur TBD di fonctionnel, via un état de transition médiée par une coordination bidenté au TBD. Les mécanismes proposés ont été corroborés par calcul DFT. Ces réactions catalytiques ont également été appliquées à d’autres substrats comme les tricétones et les dicétones. Bien que les efforts préliminaires afin d’obtenir une enantioselectivité se sont révélés sans succès, la synthèse et la recherche de nouveaux catalyseurs chiraux sont en cours.

Deciphering the Distinct Role for the Metal Coordination Motif in the Catalytic Activity of Mycobacterium smegmatis Topoisomerase I

Mycobacterium smegmatis topoisomerase I (Mstopol) is distinct from typical type IA topoisomerases. The enzyme binds to both single- and double-stranded DNA with high affinity, making specific contacts. The enzyme comprises conserved regions similar to type IA topoisomerases from Escherichia coli and other eubacteria but lacks the typically found zinc fingers in the carboxy-terminal domain. The enzyme can perform DNA cleavage m the absence of Mg2+ but religation needs exogenously added Mg2+. One molecule of Mg2+ tightly bound to the enzyme has no role in DNA cleavage but is needed only for the religation reaction. The toprim. (topoisomerase-primase) domain in MstopoI comprising the Mg2+ binding pocket, conserved in both type IA and type II topoisomerases, was subjected to mutagenesis to understand the role of Mg2+, in different steps of the reaction. The residues D108, D110, and E112 of the enzyme, which form the acidic triad in the DXDXE motif, were changed to alanines. D108A mutation resulted in an enzyme that is Mg2+ dependent for DNA cleavage unlike Mstopol and exhibited enhanced DNA cleavage property and reduced religation activity. The mutant was toxic for cell growth, most likely due to the imbalance in cleavage-religation equilibrium. In contrast, the E112A mutant behaved like wild-type enzyme, cleaving DNA in a Mg2+-independent fashion, albeit to a reduced extent. Intra- and intermolecular religation assays indicated specific roles for D108 and E112 residues during the reaction. Together, these results indicate that the D108 residue has a major role during cleavage and religation, while E112 is important for enhancing the efficiency of cleavage. Thus, although architecturally and mechanistically similar to topoisomerase I from E. coli, the metal coordination pattern of the mycobacterial enzyme is distinct, opening up avenues to exploit the enzyme to develop inhibitors.

Constructing mixed-metal coordination polymers from copper(II)-pyridinedicarboxylate metalloligands

In the mixed-metal complex catena-poly[bis[diaquasilver(I)] [bis[aquacopper(II)]-mu(3)-pyridine-2,5-dicarboxylato-2': 1: 1'kappa N-5,O-2: O-5: O-5, O-5'-mu-pyridine-2,5-dicarboxylato-2: 1 kappa(4) N, O-2: O-5, O-5'-disilver(I)-mu(3)-pyridine-2,5-dicarboxylato-1: 1': 2 '' kappa(5) O-5, O-5': O-5: N, O-2-mu pyridine-2,5-dicarboxylato-1': 20 ''kappa(4) O-5, O-5': N, O-2] hexahydrate], {[Ag(H2O)(2)][AgCu(C7H3NO4)(2)(H2O)] center dot 3H(2)O}(n), a square-pyramidal Cu-II center is coordinated by two N atoms and two O atoms from two pyridine-2,5-dicarboxylate (2,5-pydc) ligands and a water molecule, forming a [Cu(2,5-pydc)(2)-( H2O)](2-) metalloligand. One Ag I center is coordinated by five O atoms from three 2,5-pydc ligands and, as a result, the [Cu(2,5-pydc)(2)(H2O)](2-) metalloligands act as linkers in a unique mu(3)-mode connecting Ag-I centers into a one-dimensional anionic double chain along the [101] direction.

A two-dimensional molybdenum (V) phosphate with covalently bonded transition metal coordination complexes: hydrothermal synthesis and structure characterization of Na-2[{Mn(phen)(2)(H2O)}{Mn(phen)(2)}(3){Mn (Mo12O24)-O-V (HPO4)(6)(PO4)(2)(OH)(6)}] center dot 4H(2)O (phen=1,10-phenanthroline)

An organic-inorganic hybrid molybdenum phosphate, Na-2[{Mn(phen)(2)(H2O)} {Mn(phen)(2)}(3){(MnMo12O24)-O-v (HPO4)(6)(PO4)(2) (OH)(6)}] . 4H(2)O (phen=1,10-phenanthroline), involving molybdenum present in V oxidation state and covalently bonded transition metal coordination complexes, has been hydrothermally synthesized and structurally characterized by single-crystal X-ray diffraction. Deep brown-red crystals are formed in the triclinic system, space group P (1) over bar, a=16.581(l)Angstrom, b=18.354(1)Angstrom, c=24.485(2)Angstrom, alpha=80.589(l)degrees, beta=71.279(1)degrees, gamma=67.084(1)degrees, V=6493.8(8)Angstrom(3), Z=2, lambda(MoKalpha)=0.71073Angstrom (R(F)=0.0686 for 29,053 reflections). Data were collected on a Bruker Smart Apex CCD diffractometer at 293 K in the range of 1.76 < theta < 28.06degrees using omega-2theta scans technique. The structure of the title compound may be considered to be based on {Mo6O12(HPO4)(3)(PO4)(OH)(3)} units bonded together with {Mn(phen)(2)} subunits into a two-dimensional network. Two types of tunnels are observed in the solid of the title compound.

Copolymerization of carbon dioxide and propylene oxide with neodymium trichloroacetate-based coordination catalyst

The copolymerizations of carbon dioxide (CO2) and propylene oxide (PO) were performed using new ternary rare-earth catalyst, It was found that the rare-earth coordination catalyst consisting of Nd(CCl3COO)(3), ZnEt2 and glycerine was very effective for the copolymerization of PO with CO2. The effects of the relative molar ratio and addition order of the catalyst components, copolymerization reaction time, and operating pressure as well as temperature on the copolymerization were systematically investigated. At an appropriate combination of all variables, the yield could be as high as 6875 g/mol Nd per hour at 90 degreesC in a 8 h reaction period.

A novel rare earth coordination catalyst for polymerization of biodegradable aliphatic lactones and lactides

A novel rare earth coordination system composed of lanthanide trifluoroacetates Ln(CF3COO)(3) (Ln = Y, Yb, Nd, Tm, Ho, La, Pr) and triisobutylaluminium Al(i-Bu)(3) was used as catalyst for the polymerization of epsilon-caprolactone (CL), D,L-lactide (DLLA) and their copolymerization. The influence of temperature, time and catalyst concentration on polymerization yields and molecular weights of the polyesters have been studied. It was shown that the ring-opening polymerization of cyclic esters catalysed by Ln(CF3COO)(3)/Al(i-Bu)(3) has some living character and the molecular weight of the polyester could be controlled by adjusting the molar ratio of monomer to catalyst. The DLLA/CL copolymer was synthesized by sequential addition of monomers and the structure of the copolyester was characterized by GPC, NMR and DSC. (C) 1998 SCI.

Self-assembled Transition Metal Coordination Frameworks of Carbohydrazone and Thiocarbohydrazone Ligands: Structural, Spectral, Magnetic and Anticancer Properties

Chemistry occupies a unique middle position in the scientific arena, between physics and mathematics on the one side and biology, ecology, sociology and economics on the other [1]. Chemistry is the science of matter and of its transformations, and life is its highest expression [2]. According to reductionist thinking biology is reducible into chemistry, chemistry into physics, and ultimately physics into mathematics. Reductionism implies the ease of understanding one level in terms of another.The work presented this thesis comprises synthesis and characterization of suitably substituted thiocarbohydrazone and carbohydrazone ligand building blocks, self-assembled metallosupramolecular square grid complexes as well as some di/multinuclear complexes. The primary aim was the deliberate syntheses of some novel transition metal framework complexes, mainly metallosupramolecular coordination square grids by self-assembly and their physico-chemical characterization. The work presented, however, also include synthesis and characterization of four mononuclear Ni(II) complexes of two thiosemicarbazones, which we carried out as a preliminary and supporting study. Based on the present work we would like to conclude that the carbohydrazones, thiocarbohydrazones and their coordination framework complexes of transition metals are promising systems for wide application in science and technology varied from physics to biotechnology. Novel classes of materials and biologically important potential compounds open up further scope of researches and we hopefully welcome any sort of related research to make this work more valuable.

Design and characterization of α-melanotropin peptide analogs cyclized through rhenium and technetium metal coordination

α-Melanocyte stimulating hormone (α-MSH) analogs, cyclized through site-specific rhenium (Re) and technetium (Tc) metal coordination, were structurally characterized and analyzed for their abilities to bind α-MSH receptors present on melanoma cells and in tumor-bearing mice. Results from receptor-binding assays conducted with B16 F1 murine melanoma cells indicated that receptor-binding affinity was reduced to approximately 1% of its original levels after Re incorporation into the cyclic Cys4,10, d-Phe7–α-MSH4-13 analog. Structural analysis of the Re–peptide complex showed that the disulfide bond of the original peptide was replaced by thiolate–metal–thiolate cyclization. A comparison of the metal-bound and metal-free structures indicated that metal complexation dramatically altered the structure of the receptor-binding core sequence. Redesign of the metal binding site resulted in a second-generation Re–peptide complex (ReCCMSH) that displayed a receptor-binding affinity of 2.9 nM, 25-fold higher than the initial Re–α-MSH analog. Characterization of the second-generation Re–peptide complex indicated that the peptide was still cyclized through Re coordination, but the structure of the receptor-binding sequence was no longer constrained. The corresponding 99mTc- and 188ReCCMSH complexes were synthesized and shown to be stable in phosphate-buffered saline and to challenges from diethylenetriaminepentaacetic acid (DTPA) and free cysteine. In vivo, the 99mTcCCMSH complex exhibited significant tumor uptake and retention and was effective in imaging melanoma in a murine-tumor model system. Cyclization of α-MSH analogs via 99mTc and 188Re yields chemically stable and biologically active molecules with potential melanoma-imaging and therapeutic properties.

Electron-beam irradiation on poly(propylene carbonate) in the presence of polyfunctional monomers

Poly(propylene carbonate) (PPC) showed predominantly degradation under electron-beam irradiation, accompanied by deterioration of its mechanical performance due to sharp decrease of the molecular weight. Crosslinked PPC was prepared by addition of polyfunctional monomer (PFM) to enhance the mechanical performance of PPC. When 8 wt% of PFM like triallyl isocyanurate (TAIL) was added, crosslinked PPC with a gel fraction of 60.7% was prepared at 50 kGy irradiation dose, which showed a tensile strength at 20 degrees C of 45.5 MPa, whereas it was only 38.5 MPa for pure PPC. The onset degradation temperature (T-i) and glass transition temperature (T-g) of this crosslinked PPC was 246 degrees C and 45 degrees C, respectively, a significant increase related to pure PPC of 211 degrees C and 36 C. Therefore, thermal and mechanical performances of PPC could be improved via electron-beam irradiation in the presence of suitable PFM.

Double propagation based on diepoxide, a facile route to high molecular weight poly(propylene carbonate)

Poly(propylene carbonate) (PPC) with number average molecular weight (M-n) higher than 200 kg/mol was prepared via the terpolymerization of carbon dioxide, propylene oxide and diepoxide using Y(CCl3OO)(3)-ZnEt2-glycerine coordination catalyst. When equimolar ZnEt2 and diepoxide were used, double propagation active species were generated in situ by nucleophilic attack of metal alkoxide on diepoxide, leading to PPC of doubled M-n value. The molecular weight of PPC has dramatic influence on its thermal and mechanical performances. PPC with M of 227 kg/mol showed modulus of 6900 MPa, while the modulus of PPC with M-n of 109 kg/mol was only 4300 MPa. Moreover, when M-n increased from 109 to 227 kg/mol, a 37 degrees C increase of the onset degradation temperature was observed.

Metal-free graphitic carbon nitride as mechano-catalyst for hydrogen evolution reaction

Graphitic carbon nitride (g-C3N4), as a promising metal-free catalyst for photo-catalytic and electrochemical water splitting, has recently attracted tremendous research interest. However, the underlying catalytic mechanism for the hydrogen evolution reaction (HER) is not fully understood. By using density functional theory calculations, here we have established that the binding free energy of hydrogen atom (ΔGH∗0) on g-C3N4 is very sensitive to mechanical strain, leading to substantial tuning of the HER performance of g-C3N4 at different coverages. The experimentally-observed high HER activity in N-doped graphene supported g-C3N4 (Zheng et al., 2014) is actually attributed to electron-transfer induced strain. A more practical strategy to induce mechanical strain in g-C3N4 is also proposed by doping a bridge carbon atom in g-C3N4 with an isoelectronic silicon atom. The calculated ΔGH∗0 on the Si-doped g-C3N4 is ideal for HER. Our results indicate that g-C3N4 would be an excellent metal-free mechano-catalyst for HER and this finding is expected to guide future experiments to efficiently split water into hydrogen based on the g-C3N4 materials.

The PPh3 ligand modified Rh/SiO2 catalyst for hydroformylation of olefins

A novel family of hybrid catalyst with high turnover frequency (TOF) and high selectivity towards aldehydes for hydroformylation of olefins could be successfully approached through direct coordination with the PPh3 ligand to the highly dispersed Rh metal particle precursors. A further advantage is that the catalyst is easily prepared and recyclable. The results revealed that hydroformylation of olefins to aldehydes dominantly took place on the surface of PPh3 ligand modified Rh metal particles of the hybrid catalyst. It was found that the formation of chemical coordination bond between the Rh metal particles and the lone-pair electron of PPh3 was evident through the TG and P-31 NMR measurement. Moreover, the addition of PPh3 onto the Rh/SiO2 exert a significant influence on the adsorption state of reactant CO, H-2 and C2H4 on the PPh3-Rh/SiO2 sample, which probably lead to good catalytic performances for hydroformylation of olefins. (C) 2004 Elsevier B.V. All rights reserved.