Sulfanyl Radical Addition to Alkynes: Revisiting an Old Reaction to Enter the Novel Realms of Green Chemistry, Bioconjugation, and Material Chemistry

In the last decade considerable attention has been devoted to the rewarding use of Green Chemistry in various synthetic processes and applications. Green Chemistry is of special interest in the synthesis of expensive pharmaceutical products, where suitable adoption of “green” reagents and conditions is highly desirable. Our project especially focused in a search for new green radical processes which might also find useful applications in the industry. In particular, we have explored the possible adoption of green solvents in radical Thiol-Ene and Thiol-Yne coupling reactions, which to date have been normally performed in “ordinary” organic solvents such as benzene and toluene, with the primary aim of applying those coupling reactions to the construction of biological substrates. We have additionally tuned adequate reaction conditions which might enable achievement of highly functionalised materials and/or complex bioconjugation via homo/heterosequence. Furthermore, we have performed suitable theoretical studies to gain useful chemical information concerning mechanistic implications of the use of green solvents in the radical Thiol-Yne coupling reactions.

Thermodynamics of the Hydroxyl Radical Addition to Isoprene

Oxidation of isoprene by the hydroxyl radical leads to tropospheric ozone formation. Consequently, a more complete understanding of this reaction could lead to better models of regional air quality, a better understanding of aerosol formation, and a better understanding of reaction kinetics and dynamics. The most common first step in the oxidation of isoprene is the formation of an adduct, with the hydroxyl radical adding to one of four unsaturated carbon atoms in isoprene. In this paper, we discuss how the initial conformations of isoprene, s-trans and s-gauche, influences the pathways to adduct formation. We explore the formation of pre-reactive complexes at low and high temperatures, which are often invoked to explain the negative temperature dependence of this reaction’s kinetics. We show that at higher temperatures the free energy surface indicates that a pre-reactive complex is unlikely, while at low temperatures the complex exists on two reaction pathways. The theoretical results show that at low temperatures all eight pathways possess negative reaction barriers, and reaction energies that range from −36.7 to −23.0 kcal·mol−1. At temperatures in the lower atmosphere, all eight pathways possess positive reaction barriers that range from 3.8 to 6.0 kcal·mol−1 and reaction energies that range from −28.8 to −14.4 kcal·mol−1.

Synthesis of (Z)-1-Organylthiobut-1-en-3-ynes: Hydrothiolation of Symmetrical and Unsymmetrical Buta-1,3-diynes

Hydrothiolation of 1-organylbuta-1,3-diynes and 1,4-diorganylbuta-1,3-diynes with the sodium organylthiolate anions, which were generated in situ by reacting diphenyl and dibutyl disulfide with NaBH(4) in ethanol, results in the regio-, stereo-, and chemoselective formation of (Z)-1-organylthio-4-organylbut-1-en-3-ynes and (Z)-1-organylthio-1,4-diorganylbut-1-en-3-ynes, respectively.

Total synthesis of entecavir

Entecavir (BMS-200475) was synthesized from 4-trimethylsilyl-3-butyn-2-one and acrolein. The key features of its preparation are: (i) a stereoselective boron-aldol reaction to afford the acyclic carbon skeleton of the methylenecylopentane moiety; (ii) its cyclization by a Cp2TiCl-catalyzed intramolecular radical addition of an epoxide to an alkyne; and (iii) the coupling with a purine derivative by a Mitsunobu reaction.

Methylation status of ANAPC1, CDKN2A and TP53 promoter genes in individuals with gastric cancer

Gastric cancer is the forth most frequent malignancy and the second most common cause of cancer death worldwide. DNA methylation is the most studied epigenetic alteration, occurring through a methyl radical addition to the cytosine base adjacent to guanine. Many tumor genes are inactivated by DNA methylation in gastric cancer. We evaluated the DNA methylation status of ANAPC1, CDKN2A and TP53 by methylation-specific PCR in 20 diffuse- and 26 intestinal-type gastric cancer samples and 20 normal gastric mucosa in individuals from Northern Brazil. All gastric cancer samples were advanced stage adenocarcinomas. Gastric samples were surgically obtained at the João de Barros Barreto University Hospital, State of Pará, and were stored at -80°C before DNA extraction. Patients had never been submitted to chemotherapy or radiotherapy, nor did they have any other diagnosed cancer. None of the gastric cancer samples presented methylated DNA sequences for ANAPC1 and TP53. CDKN2A methylation was not detected in any normal gastric mucosa; however, the CDKN2A promoter was methylated in 30.4% of gastric cancer samples, with 35% methylation in diffuse-type and 26.9% in intestinal-type cancers. CDKN2A methylation was associated with the carcinogenesis process for ~30% diffuse-type and intestinal-type compared to non-neoplastic samples. Thus, ANAPC1 and TP53 methylation was probably not implicated in gastric carcinogenesis in our samples. CDKN2A can be implicated in the carcinogenesis process of only a subset of gastric neoplasias.

Modification d'acides biliaires à l'aide de polymères pour en moduler les propriétés d'agrégation

Les polymères amphiphiles sont largement utilisés pour les applications biomédicales et pharmaceutiques. Afin d’améliorer les chances de biocompatibilité des nouveaux polymères que nous voulons développer, nous avons utilisé des composés naturels, les acides biliaires, comme produits de départ dans la synthèse de ces polymères. De nouveaux polymères anioniques amphiphiles dérivés de l’acide cholique ont été préparés par polymérisation radicalaire par transfert d’atomes. Par un contrôle rigoureux des conditions de polymérisation, des bras de poly(acide acrylique) de différentes longueurs ont été greffés sur le squelette de l’acide cholique. L’architecture moléculaire des polymères a été étudiée par spectroscopie 1H RMN et par spectrométrie de masse. Ces polymères en étoile formés par l’acide biliaire modifié sont capables de s’agréger dans l’eau même si les groupements hydroxyles ont été remplacés par des segments plus volumineux. Il a été observé que les liaisons ester entre le polymère et le cœur d’acide cholique sont sensibles à l’hydrolyse en solution aqueuse. Pour remédier au problème de stabilité en solution aqueuse et pour avoir, en même temps, des bras hydrophiles non ioniques et biocompatibles, de l’oxyde d’éthylène a été polymérisé sur l’acide cholique par polymérisation anionique. Les liaisons éther formées entre le polymère et les groupements hydroxyles de l’acide biliaire sont plus stables que les liaisons ester sur le polymère de poly(acide acrylique). Les conditions de réaction de la polymérisation anionique ont été optimisées et ont donné des polymères aux architectures et aux masses molaires contrôlées. Les nouveaux polymères forment des agrégats sphériques tel qu’observé par microscopie électronique à transmission avec des échantillons préparés par la méthode de fracture à froid. Leur morphologie est différente de celle des agrégats cylindriques formés par les acides biliaires. Avec la méthode optimisée pour la polymérisation anionique, l’éther d’allyle et glycidyle a été polymérisé sur un dérivé d’acide cholique, suivi par une thiolation des liaisons doubles pour introduire l’amine ou l’acide sur la chaîne polymère. Cette addition radicalaire est efficace à plus de 90%. Les polymères qui en résultent sont solubles dans l’eau et s’agrègent à une certaine concentration critique. Il est particulièrement intéressant d’observer la thermosensibilité des polymères ayant des groupements amine, laquelle peut être modulée en acétylant partiellement les amines, donnant des points nuages entre 15 et 48°C.

Mild and efficient one-pot synthesis of chiral beta-chalcogen amides via 2-oxazoline ring-opening reaction mediated by indium metal

A simple and efficient procedure for the synthesis of beta-seleno and beta-thio amides via the ring-opening reaction of chiral 2-oxazolines in the presence of indium metal has been developed. Features of this method include the following: (i) easily and accessible starting materials; (ii) indium metal is more stable and less expensive then its respective salts; (iii) useful to excellent yields of beta-chalcogen amides derivatives. (C) 2008 Elsevier B. V. All rights reserved.

Methylation status of ANAPC1, CDKN2A and TP53 promoter genes in individuals with gastric cancer

Gastric cancer is the forth most frequent malignancy and the second most common cause of cancer death worldwide. DNA methylation is the most studied epigenetic alteration, occurring through a methyl radical addition to the cytosine base adjacent to guanine. Many tumor genes are inactivated by DNA methylation in gastric cancer. We evaluated the DNA methylation status of ANAPC1, CDKN2A and TP53 by methylation-specific PCR in 20 diffuse- and 26 intestinal-type gastric cancer samples and 20 normal gastric mucosa in individuals from Northern Brazil. All gastric cancer samples were advanced stage adenocarcinomas. Gastric samples were surgically obtained at the João de Barros Barreto University Hospital, State of Pará, and were stored at -80°C before DNA extraction. Patients had never been submitted to chemotherapy or radiotherapy, nor did they have any other diagnosed cancer. None of the gastric cancer samples presented methylated DNA sequences for ANAPC1 and TP53. CDKN2A methylation was not detected in any normal gastric mucosa; however, the CDKN2A promoter was methylated in 30.4% of gastric cancer samples, with 35% methylation in diffuse-type and 26.9% in intestinal-type cancers. CDKN2A methylation was associated with the carcinogenesis process for ~30% diffuse-type and intestinal-type compared to non-neoplastic samples. Thus, ANAPC1 and TP53 methylation was probably not implicated in gastric carcinogenesis in our samples. CDKN2A can be implicated in the carcinogenesis process of only a subset of gastric neoplasias.

Die Synthese von Glycopeptiden und Glycopeptid-Protein-Konjugaten mit einer Partialstruktur des tumorassoziierten Mucins MUC1 zur Entwicklung von Tumorvakzinen

„Synthese von Glycopeptiden und Glycopeptid-Protein-Konjugaten mit einer Partialstruktur des tumorassoziierten Mucins MUC1 zur Entwicklung von Tumorvakzinen“ Das Glycoprotein MUC1 ist in Tumorepithelzellen sonderlich stark überexprimiert und wegen der vorzeitig einsetzenden Sialylierung sind die Saccharid-Epitope der O-Glycanketten stark verkürzt (sog. tumorassoziierte Antigene). Dadurch werden auch bisher verborgene Peptidepitope des Glycoprotein-Rückgrates auf der Zelloberfläche der Epithelzellen zugänglich, die als fremd von den Zellen des Immunsystems erkannt werden können. Dies macht das MUC1-Zelloberfächenmolekül zu einem Zielmolekül in der Entwicklung von Tumorvakzinen. Diese beiden strukturellen Besonderheiten wurden in der Synthese von Glycohexadecapeptiden verbunden, indem die veränderten tumorassoziierten Saccharidstrukturen TN-, STN- und T-Antigen als Glycosylaminosäure-Festphasenbausteine synthetisiert wurden und in das Peptidepitop der Wiederholungseinheit des MUC1 durch Glycopeptid-Festphasensynthese eingebaut wurden. Wegen der inhärenten schwachen Immunogenität der kurzen Glycopeptide müssen die synthetisierten Glycopeptidstrukturen an ein Trägerprotein, welches das Immunsystem stimuliert, gebunden werden. Zur Anbindung der Glycopeptide ist ein selektives Kupplungsverfahren nötig, um definierte und strukturell einheitliche Glycopeptid-Protein-Konjugate zu erhalten. Es konnte eine neue Methode entwickelt werden, bei der die Konjugation durch eine radikalische Additionsreaktion von als Allylamide funktionalisierten Glycopeptiden an ein Thiol-modifiziertes Trägerprotein erfolgte. Dazu wurde anhand von synthetisierten, als Allylamide modifizierten Modellaminosäuren untersucht, ob diese Reaktion generell für eine Biokonjugation geeignet ist und etwaige Nebenreaktionen auftreten können. Mit dieser Methode konnten verschiedene MUC1-Glycopeptid-Trägerprotein-Konjugate hergestellt werden, deren immunologische Untersuchung noch bevorsteht. Das tumorassoziierte MUC1 nimmt in der immundominanten Region seiner Wiederholungseinheit eine knaufartige Struktur ein. Für die Entwicklung von selektiven Tumorvakzinen ist es von großer Bedeutung möglichst genau die Struktur der veränderten Zelloberflächenmoleküle nachzubilden. Durch die Synthese von cyclischen (Glyco)Peptiden wurde dieses Strukturelement fixiert. Dazu wurden olefinische Aminosäure Festphasenbausteine hergestellt, die zusammen mit den oben genannten Glycosylaminosäuren mittels einer Glycopeptid-Festphasensynthese in acyclische Glycopeptide eingebaut wurden. Diese wurden dann durch Ringschlussmetathese zyklisiert und im Anschluss reduziert und vollständig deblockiert. In einem dritten Projekt wurde der Syntheseweg zur Herstellung einer C-Glycosylaminosäure mit einer N-Acetylgalactosamin-Einheit entwickelt. Wichtige Schritte bei der von Glucosamin ausgehenden Synthese sind die Keck-Allylierung, eine Epimerisierung, die Herstellung eines Brom-Dehydroalanin-Derivates und eine B-Alkyl-Suzuki-Miyaura-Kreuzkupplung sowie Schutzgruppenoperationen. Der racemische Baustein konnte dann in der Peptid-Festphasensynthese eines komplexen MUC1-Tetanustoxin-Konjugates eingesetzt werden.

New Methods in Organocatalysis

In the following chapters new methods in organocatalysis are described. The design of new catalysts is explored starting from the synthesis and the study of ion tagged prolines to their applications and recycle, then moving to the synthesis of new bicyclic diarylprolinol silyl ethers and their use in organocatalytic transformations. The study of new organocatalytic reaction is also investigated, in particular bifunctional thioureas are employed to catalyse the conjugate addition of nitro compounds to 3-yilidene oxindoles in sequential and domino reactions. Finally, preliminary results on photochemical organocatalytic atom transfer radical addition to alkenes are discussed in the last chapter.