Synthèse totale de la lépadine B : plate-forme pour la découverte de nouvelles tranformations chimiques

Dans ce document, serons détaillées les résultats de mes travaux de recherche d’études doctorales. Tout d’abord, nous discuterons de la synthèse totale de la lépadine B, la plus courte à paraître dans la littérature à ce jour. Cette synthèse, en plus de valoriser la synthèse asymétrique de pipéridines poly-substituées développée par l’équipe du professeur Charette, mettra à profit une utilisation originale d’une séquence de fermeture-ouverture de cycle par la réaction de métathèse d’alcènes. De plus, nous détaillerons une brève étude mécanistique de cette dernière nous ayant permis la proposition d’un mécanisme peu commun de ce type de séquence réactionnel et dont les conséquences expérimentales sont impressionnantes. Au cours de cette synthèse, nous avons identifié un synthon d’une grande valeur synthétique. En effet, ne comportant pas moins que quatre centres chiraux, ce synthon pouvait être obtenu énantiopure en seulement trois étapes à partir de la pyridine. Ainsi, nous avons effectué une analyse structurale de ce synthon et avons envisagé une valorisation supplémentaire par une utilisation originale de la fragmentation de Grob. Dans ce contexte, nous avons développé une toute nouvelle synthèse de pipéridines 2,3,6-trisubstituées hautement régio- et diastéréosélective. Afin de pouvoir réaliser la précédente méthodologie, nous avons dû étudier la réduction d’une amide en présence de groupements fonctionnels sensibles dans les conditions usuelles. Heureusement, l’année précédente nous avions développée une réaction hautement chimiosélective d’amides tertaires. Cette nouvelle réaction, qui a été fondamentalement inspiré par une méthodologie du professeur Charette sur l’activation d’amides, a permis la réduction d’amides tertiaires en présence de fonctions telles les cétone, ester, nitrile, époxyde, insaturations, etc. Enfin, l’ensemble des connaissances acquises au cours de ces projets a permis l’élaboration d’une toute nouvelle stratégie de synthèse pour la préparation d’indolizidines et quinolizidines. Plus spécifiquement, nous avons développé la première séquence d’activation intramoléculaire et déaromatization asymétrique de la pyridine. Ceci permet d’avoir un accès aux squelettes indolizidine et quinolizidine avec des stéréosélectivités élevées, la nature insaturée de ces derniers laissant également place à une grande flexibilité synthétique. Dans ce contexte, nous allons détailler une très courte synthèse de trans-indolizidines.

A mechanism for co-transcriptional recruitment of mRNA localization factor on nascent mRNAs in budding yeast

Le transport et la localisation des ARN messagers permettent de réguler l’expression spatiale et temporelle de facteurs spécifiques impliqués dans la détermination du destin cellulaire, la plasticité synaptique, la polarité cellulaire et la division asymétrique des cellules. Chez S.cerevisiæ, plus de trente transcrits sont transportés activement vers le bourgeon cellulaire. Parmi ces transcrits, l’ARNm ASH1 (asymetric synthesis of HO) est localisé à l’extrémité du bourgeon pendant l’anaphase. Ce processus va entrainer une localisation asymétrique de la protéine Ash1p, qui sera importée uniquement dans le noyau de la cellule fille, où elle entraine le changement de type sexuel. La localisation asymétrique de l’ARNm ASH1, et donc de Ash1p, implique la présence de différents facteurs de localisation. Parmi ces facteurs, les protéines She (She1p/Myo4p, She2p et She3p) et les répresseurs traductionnels (Puf6p, Loc1p et Khd1p) participent à ce mécanisme. La protéine navette She2p est capable de lier l’ARNm ASH1 et va entrainer le ciblage de cet ARNm vers l’extrémité du bourgeon en recrutant le complexe She3p-Myo4p. Des répresseurs traductionnels régulent la traduction de cet ARNm et évitent l’expression ectopique de la protéine Ash1p pendant son transport. Alors que la fonction cytoplasmique de She2p sur la localisation des ARNm est connue, sa fonction nucléaire est encore inconnue. Nous avons montré que She2p contient une séquence de localisation nucléaire non classique qui est essentielle à son import nucléaire médié par l’importine α (Srp1p). L’exclusion de She2p du noyau par mutation de son NLS empêche la liaison de Loc1p et Puf6p sur l’ARNm ASH1, entrainant un défaut de localisation de l’ARNm et de la protéine. Pour étudier plus en détail l’assemblage de la machinerie de localisation des ARNm dans le noyau, nous avons utilisé des techniques d’immunoprécipitation de chromatine afin de suivre le recrutement des facteurs de localisation et des répresseurs traductionnels sur les ARNm naissants. Nous avons montré que She2p est recruté sur le gène ASH1 pendant sa transcription, via son interaction avec l’ARNm ASH1 naissant. Puf6p est également recruté sur ASH1, mais d’une manière dépendante de la présence de She2p. De façon intéressante, nous avons détecté une interaction entre She2p et la plus grande sous-unité de l’ARN polymérase II (Rpb1p). Cette interaction est détectée avec la forme active en élongation de l’ARN polymérase II. Nous avons également démontré que She2p interagit avec le complexe d’élongation de la transcription Spt4p/Spt5p. Une délétion de SPT4 ou une mutation dans SPT5 (Ts spt5) à température restrictive empêche l’interaction entre She2p et Rpb1p, et diminue le recrutement de She2p au gène ASH1, entrainant un défaut de localisation de l’ARNm et un défaut de localisation asymétrique de la protéine Ash1p. De manière globale, nos résultats montrent que les facteurs impliqués dans la localisation cytoplasmique des ARNm et dans leur contrôle traductionnel sont recrutés de façon co-transcriptionnelle sur les ARNm naissants via leur interaction avec la machinerie de transcription, suggèrant un rôle important de la machinerie transcriptionelle dans la localisation des ARNm.

A regioselective palladium-free protocol for accessing unsymmetrical biaryls through ring transformation of 6-aryl-~-pyrones

A regioselective synthesis of unsymmetrical biaryls with electron withdrawing or donating substituents is described and illustrated by carbanion-induced ring transfonnation of 6-aryl-a-pyrones with methoxyacetone in excellent yield. Our methodology is an alternative to classical organometal-catalyzed aryl-aryl coupling reactions and can be applied to the synthesis of functionally demanding naphthyl biaryls for the development of new ligands for asymetric synthesis

New Ruthenium complexes containing N, P and S-donor type of ligands: coordination chemistry, characterization and application to asymetric and non-asymetric catalysis

Síntesi de nous complexos de Ruteni amb lligands no quirals que tenen per fórmula [Ru(phen)([9]aneS3)X] (on X = H2O, py i MeCN). Caracterització espectroscòpica electroquímica i estructural d'aquesta família de complexos. Estudi de les seves propietats catalítiques en front a l'oxidació de substrats orgànics com l'alcohol benzílic en reaccions d'electrocatàlisi. Avaluació cinètica dels mecanismes de substitució entre els complexos Ru-py i Ru-MeCN. Generació d'un interruptor molecular foto-induït. Síntesi de nous complexos quirals de Ru atropoisomèricament purs amb lligands oxazolínics que tenen per fórmula [Ru(trpy)(Ph-box-R)X] on (X = Cl, H2O, py, MeCN, 2-OH-py). Caracterització estructural exhaustiva en estat sòlid (Raig-X) en solució (RMN) i en fase gas (càlculs DFT). Avaluació de la seva activitat catalítica en reaccions asimmetriques d'epoxidació de substrats proquirals. Síntesi de nous lligands polipiridílics quirals amb simetria C3. Estudi de la seva química de coordinació i avaluació de la seva activitat catalítica en reaccions asimmetriques d'oxidació i reducció.

A new low temperature synthesis route of fraipontite (Zn,Al)3(Si,Al)2O5(OH)4

A low temperature synthesis method based on the decomposition of urea at 90°C in water has been developed to synthesise fraipontite. This material is characterised by a basal reflection 001 at 7.44 Å. The trioctahedral nature of the fraipontite is shown by the presence of a 06l band around 1.54 Å, while a minor band around 1.51 Å indicates some cation ordering between Zn and Al resulting in Al-rich areas with a more dioctahedral nature. TEM and IR indicate that no separate kaolinite phase is present. An increase in the Al content however, did result in the formation of some SiO2 in the form of quartz. Minor impurities of carbonate salts were observed during the synthesis caused by to the formation of CO32- during the decomposition of urea.

Synthesis and characterization of K2Ca5(SO4)6· H2O, the equivalent of görgeyite, a rare evaporite mineral

Görgeyite, K2Ca5(SO4)6··H2O, is a very rare monoclinic double salt found in evaporites related to the slightly more common mineral syngenite. At 1 atmosphere with increasing external temperature from 25 to 150 °C, the following succession of minerals was formed: first gypsum and K2O, followed at 100 °C by görgeyite. Changes in concentration at 150 °C due to evaporation resulted in the formation of syngenite and finally arcanite. Under hydrothermal conditions, the succession is syngenite at 50 °C, followed by görgyeite at 100 and 150 °C. Increasing the synthesis time at 100 °C and 1 atmosphere showed that initially gypsum was formed, later being replaced by görgeyite. Finally görgeyite was replaced by syngenite, indicating that görgeyite is a metastable phase under these conditions. Under hydrothermal conditions, syngenite plus a small amount of gypsum was formed, after two days being replaced by görgeyite. No further changes were observed with increasing time. Pure görgeyite showed elongated crystals approximately 500 to 1000 µ m in length. The infrared and Raman spectra are mainly showing the vibrational modes of the sulfate groups and the crystal water (structural water). Water is characterized by OH-stretching modes at 3526 and 3577 cm–1 , OH-bending modes at 1615 and 1647 cm–1 , and an OH-libration mode at 876 cm–1 . The sulfate 1 mode is weak in the infrared but showed strong bands at 1005 and 1013 cm–1 in the Raman spectrum. The 2 mode also showed strong bands in the Raman spectrum at 433, 440, 457, and 480 cm–1 . The 3 mode is characterized by a complex set of bands in both infrared and Raman spectra around 1150 cm–1 , whereas 4 is found at 650 cm–1.

Synthesis of profluorescent isoindoline nitroxides via palladium-catalysed Heck alkenylation

The synthesis of a new structural class of isoindoline nitroxides (aminoxyls), accessible via the palladium-catalysed Heck reaction, is presented. Reaction of the aryl bromoamine, 5-bromo-1,1,3,3-tetramethylisoindoline (4) or dibromoamine, 5,6-dibromo-1,1,3,3-tetramethylisoindoline (5) or the analogous bromonitroxides 6 and 7 with methyl acrylate gives the acrylate substituted tetramethylisoindoline amines 8 and 10 and nitroxides 12 and 14. Similarly, the reaction of the aryl bromides and dibromides 4–7 with methyl 4-vinylbenzoate gives the carboxystyryl substituted tetramethylisoindoline amines 9 and 11 and the analogous nitroxides 13 and 15. The carboxystyryl tetramethylisoindoline nitroxides demonstrate strongly suppressed fluorescence, which is revealed upon removal of the free radical by reduction or radical coupling.

The synthesis and application of novel profluorescent nitroxides as probes for polymer degradation

This PhD project has expanded the knowledge in the area of profluorescent nitroxides with regard to the synthesis and characterisations of novel profluorescent nitroxide probes as well as physical characterisation of the probe molecules in various polymer/physical environments. The synthesis of the first example of an azaphenalene-based fused aromatic nitroxide TMAO, [1,1,3,3-tetramethyl-2,3-dihydro-2-azaphenalen-2-yloxyl, was described. This novel nitroxide possesses some of the structural rigidity of the isoindoline class of nitroxides, as well as some properties akin to TEMPO nitroxides. Additionally, the integral aromatic ring imparts fluorescence that is switched on by radical scavenging reactions of the nitroxide, which makes it a sensitive probe for polymer degradation. In addition to the parent TMAO, 5 other azaphenalene derivatives were successfully synthesised. This new class of nitroxide was expected to have interesting redox properties when the structure was investigated by high-level ab initio molecular orbitals theory. This was expected to have implications with biological relevance as the calculated redox potentials for the azaphenalene ring class would make them potent antioxidant compounds. The redox potentials of 25 cyclic nitroxides from four different structural classes (pyrroline, piperidine, isoindoline and azaphenalene) were determined by cyclic voltammetry in acetonitrile. It was shown that potentials related to the one electron processes of the nitroxide were influenced by the type of ring system, ring substituents or groups surrounding the moiety. Favourable comparisons were found between theoretical and experimental potentials for pyrroline, piperidine and isoindoline ring classes. Substitution of these ring classes, were correctly calculated to have a small yet predictable effect on the potentials. The redox potentials of the azaphenalene ring class were underestimated by the calculations in all cases by at least a factor of two. This is believed to be due to another process influencing the redox potentials of the azaphenalene ring class which is not taken into account by the theoretical model. It was also possible to demonstrate the use of both azaphenalene and isoindoline nitroxides as additives for monitoring radical mediated damage that occurs in polypropylene as well as in more commercially relevant polyester resins. Polymer sample doped with nitroxide were exposed to both thermo-and photo-oxidative conditions with all nitroxides showing a protective effect. It was found that isoindoline nitroxides were able to indicate radical formation in polypropylene aged at elevated temperatures via fluorescence build-up. The azaphenalene nitroxide TMAO showed no such build-up of fluorescence. This was believed to be due to the more labile bond between the nitroxide and macromolecule and the protection may occur through a classical Denisov cycle, as is expected for commercially available HAS units. Finally, A new profluorescent dinitroxide, BTMIOA (9,10-bis(1,1,3,3- tetramethylisoindolin-2-yloxyl-5-yl)anthracene), was synthesised and shown to be a powerful probe for detecting changes during the initial stages of thermo-oxidative degradation of polypropylene. This probe, which contains a 9,10-diphenylanthracene core linked to two nitroxides, possesses strongly suppressed fluorescence due to quenching by the two nitroxide groups. This molecule also showed the greatest protective effect on thermo-oxidativly aged polypropylene. Most importantly, BTMIOA was found to be a valuable tool for imaging and mapping free-radical generation in polypropylene using fluorescence microscopy.