Synthèse formelle de l’hormaomycine et de la bélactosine A par utilisation d’une réaction de cyclopropanation intramoléculaire catalysée par un complexe de rhodium (II)

Ce mémoire présente trois approches différentes vers la synthèse du 3–(trans–2–nitrocyclopropyl)alanine, un intermédiaire synthétique de la hormaomycine. Cette molécule naturelle démontre d’intéressantes activités biologiques et pharmacologiques. Il est intéressant de souligner que ce dérivé donne facilement accès au 3–(trans–2–aminocyclopropyl)alanine, unité centrale de la bélactosine A. Ce composé naturel possédant lui aussi d’intéressantes propriétés biologiques, plusieurs études relationnelles structures-activités menant à des dérivés plus actifs de cette molécule ont été entreprises, démontrant l’intérêt toujours présent de synthétiser de façon efficace et optimale ces dérivés cyclopropaniques. Une méthodologie développée au sein de notre groupe de recherche et basée sur une réaction de cyclopropanation intramoléculaire diastéréosélective sera mise à profit afin d’élaborer une nouvelle voie de synthèse aussi élégante qu’efficace à la construction du 3–(trans–2–nitrocyclopropyl) alanine. En utilisant un carbène de rhodium généré soit par la dégradation d’un dérivé diazoïque, soit par la formation d’un réactif de type ylure d’iodonium, une réaction de cyclopropanation diastéréosélective permettra la formation de deux autres centres contigus et ce, sans même utiliser d’auxiliaire ou de catalyseur énantioenrichis. Ensuite, un réarrangement intramoléculaire précédant deux réactions synchronisées d’ouverture de cycle et de décarboxylation permettront l’obtention du composé d’intérêt avec un rendement global convenable et en relativement peu d’étapes. De cette manière, la synthèse formelle de la bélactosine A et de l’hormaomycine a été effectuée. Cette synthèse se démarque des autres par l’utilisation d’une seule transformation catalytique énantiosélective.

Approach to the Synthesis of Aza-Analogues of Narciclasine through an Intramolecular Heck Reaction

This thesis describes work towards the total synthesis of a 7-aza analogue of the Amaryllidaceae alkaloid narciclasine, a potent anticancer compound which suffers from a poor solubility profile. A key strategy in the formation of the C-ring is the biotransformation of bromobenzene by E.coli JM109. The densely substituted heterocyclic A-ring is obtained by sequential directed ortho-metalation and the fragment union accomplished with an amide coupling and subsequent intramolecular Heck reaction.

Stereoselective syntheses of (+/-)-komaroviquinone and (+/-)-faveline methyl ether through intramolecular Heck reaction

An efficient, flexible, and stereoselective convergent route for constructing the trans-10-hydroxy1,1-dimethyloctahydrodibenzo[a,d]cyclohepten-7-ones (5a-c) was achieved via intramolecular Heck reaction. This strategy has been successfully implemented for the syntheses of (+/-)-komaroviquinone (3) through (+/-)-coulterone dimethyl ether (5c) and (+/-)-faveline methyl ether (1a).

Reações de inserção intramolecular de diazo compostos polifuncionais catalisadas por ródio(II): síntese de oxetan-3-ona-2-carboxilato e outros heterociclos funcionalizados

gamma-Hydroxy-alpha-diazo-beta-ketoesters are key intermediates in the chemistry of penicilin-based antibiotics and natural products. The method developed here for the synthesis of ethyl 2-diazo-4-hydroxy-3-oxo-butanoate 17 (in two steps from the diazo mercurial 2) compares very favorably with those reported in the literature for similar compounds. The Rh2(OAc)4-mediated intramolecular OH-insertion reaction of the diazo hydroxy ester 17 was investigated, furnishing the oxetan-3-one-2-carboxilate 18 in good yield. When the diazo ester lacks a free hydroxyl group as in the case of the phenoxy diazo ester 11 an intramolecular CH-insertion takes place, affording the 2H-chromene 20 in almost quantitative yield. The behavior of other functionalized diazo esters towards Rh2(OAc)4 was also investigated.

Sels de tétraarylphosphonium : synthèse et application à la synthèse de la (–)-coniine ; capacité trans-directrice du groupement amide en cyclopropanation d’oléfines

Le développement ainsi que l’amélioration des différentes techniques de purification sont des défis importants pour la chimie d’aujourd’hui. Certaines des méthodes actuelles, tel que le greffage d’un réactif sur un support solide permettant d’accéder à un produit pur par simple filtration du milieu, comportent toutefois certains inconvénients. En effet, les propriétés de solubilité de ces polymères rendent la mise en œuvre des réactions plus difficiles. C’est dans ce contexte que le groupe du Pr. Charette a rapporté l’utilisation de réactifs liés à un sel de tétraarylphosphonium (TAP). Ces sels peuvent être solubilisés dans un solvant tel que le dichlorométhane et aisément retirés du milieu réactionnel par précipitation à l’aide d’éther diéthylique (Chapitre 1). L’un des objectifs de cette thèse a donc été lié à la découverte de deux méthodes complémentaires qui, jusqu’à présent, sont considérées comme des méthodes de choix pour la synthèse des sels de TAP fonctionnalisés (Chapitre 2). L’une d’entre elles est utilisée par Soluphase inc., une entreprise qui commercialise ces sels de TAP. L’efficacité des sels en tant que support dans la synthèse de petites molécules a été démontrée lors de la synthèse d’un produit naturel, la (–)-coniine (Chapitre 3). L’isolement des intermédiaires synthétiques instables par simple précipitation à l’aide d’un support de TAP a permis de rendre cette synthèse plus efficace que celle déjà connue. Dans le deuxième volet de cette thèse, plusieurs problèmes reliés à la synthèse de dérivés cyclopropaniques 1,1-disubstitués ont été étudiés. Ces derniers font partie intégrale de plusieurs produits naturels et de médicaments. Cependant, leur formation par une réaction de cyclopropanation d’alcènes utilisant des réactifs diazoïques possédant deux groupements de type accepteur n’est pas tâche facile (Chapitre 4). En effet, cette réaction souffre d’un faible contrôle diastéréosélectif. Par le fait même, très peu de méthodologies de synthèse ont rapporté l’utilisation de ce type de réactifs diazoïques dans des réactions de cyclopropanation stéréosélectives. L’étude du mécanisme de la réaction de cyclopropanation catalysée au Rh(II) a proposé des indices favorisant un modèle ayant des précédents dans la littérature (Chapitre 5). Ces études nous ont mené à la découverte de la «capacité trans-directrice» du groupement amide lors des réactions de cyclopropanation d’oléfines. Nous avons donc utilisé cette propriété afin de résoudre plusieurs problèmes rencontrés dans la littérature. Nous avons montré qu’elle permet l’accès à des dérivés cyclopropaniques possédant deux groupements carboxyliques géminaux avec des sélectivités élevées (Chapitre 6). Ces produits étaient accessibles que par des séquences synthétiques nécessitant plusieurs étapes. De plus, nous avons démontrés que ces nouveaux dérivés cyclopropaniques sont des outils synthétiques fort utiles dans la synthèse de produits naturels d’intérêt biologique. Cette formidable «capacité trans-directrice» du groupement amide nous a permi de résoudre le problème de la synthèse asymétrique de dérivés carboxyliques α-cyano cyclopropaniques (Chapitre 7). De plus, ce projet nous a menées à la découverte de l’effet de divers additif achiraux permettant d’augmenter la sélectivité dans certaines réactions. Cette réaction possède une vaste étendue et l’utilité de ces nouveaux dérivés cyclopropaniques a été démontrée par plusieurs transformations de groupements fonctionnels.

Formation and decomposition of N-alkyinaphthalimides: experimental evidences and ab initio description of the reaction pathways

The kinetics of hydrolysis of 1,8-N-butyl-naphthalimide (1,8-NBN) to 1,8-N-butyl-naphthalamide (1,8-NBAmide) and of 2,3-N-butyl-naphthalimide (2,3-NBN) to 2,3-N-butyl-naphthalamide (2,3-NBAmide), as well as the formation of the respective anhydrides from the amides were investigated in a wide acidity range. 1,8-NBN equilibrates with 1,8-NBAmide in mild alkali. Under the same conditions 2,3-NBN quantitatively yields 2,3-NBAmide. Over a wide range of acidities the reactions of the 1,8- and 2,3-N-butyl-naphthalamides (or imides) yield similar products but with widely different rates and at distinct pH`s. Anhydride formation in acid was demonstrated for 1,8-NBAmide. The reactions mechanisms were rationalized in the manifold pathways of ab initio calculations. The differences in rates and pH ranges in the reactions of the 1,8- and 2,3-N-butyl-naphthalamides were attributed to differences in the stability of the tetrahedral intermediates in alkali as well as the relative stabilities of the five and six-membered ring intermediates. The rate of carboxylic acid assisted 1,8-N-Butyl-naphthalamide hydrolysis is one of the largest described for amide hydrolysis models. Copyright (C) 2010 John Wiley & Sons, Ltd.

Recoverable silica-gel supported binam-prolinamides as organocatalysts for the enantioselective solvent-free intra- and intermolecular aldol reaction

Silica-gel supported binam-derived prolinamides are efficient organocatalysts for the direct intramolecular and intermolecular aldol reaction under solvent-free conditions using conventional magnetic stirring. These organocatalysts in combination with benzoic acid showed similar results to those obtained under similar homogeneous reaction conditions using an organocatalyst of related structure. For the intermolecular process, the aldol products were obtained at room temperature and using only 2 equiv of the ketone with high yields, regio-, diastereo- and enantioselectivities. Under these reaction conditions, also the cross aldol reaction between aldehydes is possible. The recovered catalyst can be reused up to nine times providing similar results. More interestingly, these heterogeneous organocatalysts can be used in the intramolecular aldol reaction allowing the synthesis of the Wieland–Miescher and ketone analogues with up to 92% ee, with its reused being possible up to five times without detrimental on the obtained results.

Electron transfer in acetohydroxy acid synthase as a side reaction of catalysis. implications for the reactivity and partitioning of the carbanion/enamine form of (alpha-hydroxyethyl)thiamin diphosphate in a "nonredox" flavoenzyme

Acetohydroxy acid synthases (AHAS) are thiamin diphosphate- (ThDP-) and FAD-dependent enzymes that catalyze the first common step of branched-chain amino acid biosynthesis in plants, bacteria, and fungi. Although the flavin cofactor is not chemically involved in the physiological reaction of AHAS, it has been shown to be essential for the structural integrity and activity of the enzyme. Here, we report that the enzyme-bound FAD in AHAS is reduced in the course of catalysis in a side reaction. The reduction of the enzyme-bound flavin during turnover of different substrates under aerobic and anaerobic conditions was characterized by stopped-flow kinetics using the intrinsic FAD absorbance. Reduction of enzyme-bound FAD proceeds with a net rate constant of k' = 0.2 s(-1) in the presence of oxygen and approximately 1 s(-1) under anaerobic conditions. No transient flavin radicals are detectable during the reduction process while time-resolved absorbance spectra are recorded. Reconstitution of the binary enzyme-FAD complex with the chemically synthesized intermediate 2-(hydroxyethyl)-ThDP also results in a reduction of the flavin. These data provide evidence for the first time that the key catalytic intermediate 2-(hydroxyethyl)ThDP in the carbanionic/enamine form is not only subject to covalent addition of 2-keto acids and an oxygenase side reaction but also transfers electrons to the adjacent FAD in an intramolecular redox reaction yielding 2-acetyl-ThDP and reduced FAD. The detection of the electron transfer supports the idea of a common ancestor of acetohydroxy acid synthase and pyruvate oxidase, a homologous ThDP- and FAD-dependent enzyme that, in contrast to AHASs, catalyzes a reaction that relies on intercofactor electron transfer.

The development of novel chiral tethers for controlling intramolecular aryl-aryl coupling and their application in the synthesis of gomisin M1 and analogues

The primary focus of this thesis was the development of a novel chiral tether that could be used to control axial chirality around a newly formed aryl-aryl bond, and the extension of this methodology to the model synthesis of gomisin M1. In chapter 1, a review detailing the use of chiral tethers in the synthesis of atropisomers is discussed. The use of a variety of chiral molecules including 1,2-diols, 1,3-diols and other diol-based tethers, as well as amine-based and miscellaneous tethers are detailed. In chapter 2, the rationale behind the design of our novel molecular tethers, along with the subsequent synthesis of three chiral 1,3-diol-based tethers, is outlined. The method by which the enantiopurity of these diols was determined is also reviewed. This chapter also includes the attempted Mitsunobu and intramolecular couplings in the model synthesis of BINOL. Chapter 3 discusses the synthesis of suitable aryl halide substrates, and their employment in the attempted tether-controlled asymmetric model synthesis of gomisin M1. A comprehensive investigation into the attempted intramolecular biaryl coupling of these tethered substrates is also included. The non-stereoselective model synthesis of gomisin M1 is outlined in chapter 4. The installation of the desired biaryl linkage and the subsequent attempted intramolecular McMurry couplings are discussed. The impact of different protecting groups in the molecule on the intramolecular McMurry reaction is also outlined. Chapter 5 details the full experimental procedures, including spectroscopic and analytical data for the compounds prepared during this research.

Enantiodivergent chemoenzymatic synthesis of Balanol and approaches to the synthesis of (+)-Codine

The present thesis reviews the development of a formal enantiodivergent synthesis of the (+)- and (-)-isomers of balanol. This approach commences from a cis-dihydrodiol derived from the enzymatic dihydroxylation of bromobenzene. The stereochemistry of the diol is used to direct the synthesis of two different aziridines, each used in the formal synthesis of one enantiomer of balanol. Also described are several enantioselective approaches to (+ )-codeine. Each strategy begins with the enzymatic dihydroxylation of p-bromoethylbenzene and involves a Mitsunobu inversion and intramolecular Heck reaction as key steps.

Synthesis of ring A of (+)-Ambruticin S and bicyclic nucleosides for antisense drug technology

La synthèse énantiosélective de la (+)-ambruticine S, un produit naturel antifongique a été effectuée au sein de notre groupe. Trois approches ont été développées pour la synthèse du fragment lactone (cycle A). Ces trois voies d’accès au cycle A ont pour intermédiaire commun le methyl α-D-glycopyranoside déjà porteur du diol requis et disponible commercialement à bon prix. Une désoxygénation de l’hydroxyle en C-4 et l’homologation d’un carbone de la chaine latérale en C-6 ont permis l’obtention du cycle lactonique A. Le deuxième projet est une collaboration entre le groupe Hanessian et ISIS Pharmaceuticals afin de développer de nouveaux oligonucléosides antisens. Les nucléosides antisens [4.3.0]-bicycliques cis et trans ont été synthétisés avec succès à partir d’un monosaccharide naturel commun, L-arabinose, porteur des stéréocentres requis. Un réaction clé d’allylation de Sakurai a permis d’obtenir les diastéréoisomères cis et trans dans des conditions de contrôle de type Felkin-Ahn et de contrôle par chélation respectivement. Les composés bicycliques finaux cibles ont été obtenus par une réaction d’aldol intramoléculaire catalyzéé par la proline, par métathèse de fermeture de cycle et par l’application de la méthode de Vorbrüggen pour la synthèse de nucléosides.

A stereocontrolled total synthesis of methyl (+/-)-O-methylpodocarpate

A stereocontrolled total synthesis of methyl (+/-)-O-methyl podocarpate (4) has been successfully accomplished using the trans-fused diester 21 as a key intermediate. Intramolecular Michael reaction of the enone-diester 18 afforded the cis-fused keto-diester 19 in high yield which was stereoselectively converted into 21 via the enone 20. (C) 2003 Elsevier Science Ltd. All rights reserved.

Cyclodextrin glycosyltransferase from Bacillus licheniformis: Optimization of production and its properties

Cyclodextrin glycosyltransferase (EC 2.4.1.19) is an enzyme that produces cyclodextrins from starch via an intramolecular transglycosylation reaction. An alkalophilic Bacillus strain, isolated from cassava peels, was identified as Bacillus licheniformis. CGTase production by this strain was better when potato starch was used as carbon source, followed by cassava starch and amylopectin. Glucose and amylose, on the other hand, acted as synthesis repressors. When the cultivation was supplemented with sodium ions and had the pH adjusted between 6.0 and 9.0, the microorganism maintained the growth and enzyme production capacity. This data is interesting because it contradicts the concept that alkalophilic microorganisms do not grow in this pH range. After ultrafiltration-centrifugation, one protein of 85.2 kDa with CGTase activity was isolated. This protein was identified in plates with starch and phenolphthalein. Determination of the optimum temperature showed higher activities at 25 degrees C and 55 degrees C, indicating the possible presence of more than one CGTase in the culture filtrate. Km and Vmax values were 1.77 mg/mL and 0.0263 U/mg protein, respectively, using potato starch as substrate.

Evaluation of solid and submerged fermentations for the production of cyclodextrin glycosyltransferase by Paenibacillus campinasensis H69-3 and characterization of crude enzyme

Cyclodextrin glycosyltransferase (CGTase) is an enzyme that produces cyclodextrins from starch by an intramolecular transglycosylation reaction. Cyclodextrins have been shown to have a number of applications in the food, cosmetic, pharmaceutical, and chemical industries. In the current study, the production of CGTase by Paenibacillus campinasensis strain H69-3 was examined in submerged and solid-state fermentations. P. campinasensis strain H69-3 was isolated from the soil, which grows at 45 C, and is a Gram-variable bacterium. Different substrate sources such as wheat bran, soybean bran, soybean extract, cassava solid residue, cassava starch, corn starch, and other combinations were used in the enzyme production. CGTase activity was highest in submerged fermentations with the greatest production observed at 48-72 h. The physical and chemical properties of CGTase were determined from the crude enzyme produced from submerged fermentations. The optimum temperature was found to be 70-75 degrees C, and the activity was stable at 55 degrees C for 1 h. The enzyme displayed two optimum pH values, 5.5 and 9.0 and was found to be stable between a pH of 4.5 and 11.0.