Thèses sur le sujet « Diazirina »

Lo scopo di questo progetto di dottorato riguarda la sintesi di una nuova classe di molecole reticolanti per polimeri utilizzati nel mondo degli pneumatici. In particolare, queste molecole devono essere stabili a temperatura ambiente ma in grado reagire termicamente con la matrice polimerica a temperature maggiori di 100 °C, formando legami covalenti irreversibili. Questi funzionalizzanti devono essere anche semplici da sintetizzare, integrabili in un processo industriale, versatili, economici, relativamente poco tossici e in grado di interagire con il polimero senza però influenzarne significativamente le proprietà. In questo contesto è stato realizzato un sistema in grado di generare due specie reattive in due range di temperature diverse: la prima funzionalità genera un carbene, la seconda una specie 1,3-dipolare di tipo nitrilimminico. Entrambe le specie sono in grado di fornire cicloaddotti con sistemi olefinici. Dopo un’attenta ricerca bibliografica al fine di individuare i sistemi più adatti, sono stati sintetizzati sia composti noti in letteratura sia nuovi, cercando di modulare la temperatura di attivazione di queste strutture. Tutti i sistemi sintetizzati sono stati caratterizzati mediante analisi NMR e IR. La caratterizzazione è stata completata dall’analisi termogravimetrica (TGA), con la quale si è rilevata la temperatura di attivazione delle funzionalità presenti; nonchè la temperatura alla quale dovrebbe avvenire la reazione di cicloaddizione. Infine, sui sistemi più interessanti selezionati, sono state eseguite delle prove di reattività su sistemi polimerici modello e facilmente processabili su scala di laboratorio, al fine di dimostrare l’effettiva funzionalizzazione per via termica. Le molecole che presentavano caratteristiche tecnologiche più interessanti sono state preparate in quantità nell’ordine dei grammi necessari a condurre prove in mescola tramite un mini-mescolatore “Brabander”. Queste mescole sono state poi analizzate tramite RPA (Rubber Process Analyzer) per osservare eventuali effetti positivi dei polimeri funzionalizzati. Il sistema a due temperature di attivazione differenti è stato impiegato per studiare possibili effetti sulla morfologia delle fasi all’interno di blend polimerici: si sfrutta la diversa reattività delle componenti carbenica e nitrilimminica cercando di migliorare l’interazione dei due polimeri nonché le proprietà fisiche del materiale risultante. Tutti le mescole sono state caratterizzate anche tramite swelling, trazioni Dumbbell, DSC, DMA, frequency sweep e densità.
The aim of this PhD project concerns the synthesis of a new class of cross-linking molecules for polymers used in the world of tires. In particular, these molecules must be stable at room temperature but capable of reacting thermally with the polymer matrix at temperatures greater than 100 ° C, forming irreversible covalent bonds. These functionalizers must also be simple to synthesize, integrable in an industrial process, versatile, economical, relatively low toxic and able to interact with the polymer without significantly affecting its properties. In this context, a system that is able to generate two reactive species in two different temperature ranges was created: the first functionality generates a carbene, the second a 1,3-dipolar species of the nitrilimino type. Both species are capable of providing cycloadducts with olefinic systems. After careful bibliographic research in order to identify the most suitable systems, both known and new compounds were synthesized, trying to modulate the activation temperature of these structures. All synthesized systems were characterized by NMR and IR analyzes. The characterization was completed by thermogravimetric analysis (TGA), with which the activation temperature of the functions present was detected; as well as the temperature at which the cycloaddition reaction should take place. Finally, on the most interesting selected systems, reactivity tests were performed on model polymeric systems that could be easily processed on a laboratory scale, in order to demonstrate the actual functionalization by thermal means. The molecules that presented the most interesting technological characteristics were prepared in quantities in the order of grams necessary to conduct compound tests using a "Brabander" mixer. These compounds were then analyzed by RPA (Rubber Process Analyzer) to observe any positive effects of the functionalized polymers. The system with two different activation temperatures was used to study possible effects on the morphology of the phases within polymeric blends: the different reactivity of the carbene and nitrilimine components is exploited, trying to improve the interaction of the two polymers as well as the physical properties of the resulting material. All compounds were also characterized by swelling, Dumbbell traction, DSC, DMA, frequency sweep and density.

In the past fifty years there have been increased concerns about the impact of pollutants not only on humans, but also on the environment. Significant progress has been made in several key research areas, such as catalysis, the design of safer chemicals and en~ironmentally begnin solvents. However, the constant demand for new materials exhibiting improved physico-chemical properties and commercial advantages within a green chemistry approach renders the development of new t'. . polymer chemistries a very challenging prospect. As a consequence, nitrogen based photochemical reagents raised a lot of interest and attention, since these photoactive substrates may respond to the criteria and principles imposed by 'Green. Chemistry'. Indeed, three membered diazirine rings can generate a very reactive carbene species by the extrusion of a nitrogen molecule upon activation either via ultrasonic, thermal, or photochemical means, and can combine with a broad range of functional groups to create new covalent bonds. Hence, as part of a programme undertaken at the University of Reading, new AB, AB2 and A2+B3 monomers have been targeted and identified. The homo/co polymerisations of 3,5 diallyloxy phenyl-3-methyldiazirine or 1,4-di(methyl diazirine) benzene associated with 1,3,5-tri(hydroxyl) benzene have been realized. In order to benefit from the advantages displayed by diazirines with regard to their chemical stability, preparation and potential applications, the monomers reported here all feature photoactive diazirine rings in conjunction with secondary functionalities such as alkenes or free hydroxyls. It was envisaged that these new diazirine monomer systems would lead to the development of new materials of diverse topologies that may be polymerised photoactively or thermally in situ upon the substrate surface and the preliminary studies in this area are reported in this thesis.

Abstract Al-Omari, Mohammad Synthesis of Alkynes from Bi-3H-diazirin-3-yls: Trapping of Strained Cycloalkynes Chemnitz Technical University, Fakulty of Science Dissertation 2003, 76 pages. In this study, we have succeeded in synthesis of alkynes by a new method using bidiazirines as precursors. Different bidiazirinyl systems, such as acyclic, cyclic, and bicyclic systems, were investigated to show if they could serve as appropriate precursors for cycloalkynes. It has been shown that alkynes of no strain (e.g. 2-butyne) as well as extremely strained cycloalkynes (e.g. norbornyne) could be generated utilizing this method. This new method represents a simple, clean, and very efficient route to alkynes. That the strained cycloalkynes had actually been generated was shown by different trapping experiments. In these experiments, the thermal or photoextrusion of nitrogen atoms of the bidiaziridine moieties will certainly leads to the formation of a C,C triple bond, most probably through carbene intermediate. In terms of their reactions with the trapping dienes reagents, the generated cycloalkynes should be considered as normal, yet strained alkynes. In turn, bidiazirines were easily synthesized by oxidative dehydrogenation of their corresponding bidiaziridines. Bidiaziridines, which were the key step in the whole process, were successfully synthesized from bisdiimine precursors. It has been shown, that bisdiimines were the only suitable starting materials for the synthesis of bidiaziridines. Neither the diketones, nor the iminoketone derivatives proved to serve as appropriate starting materials. keywords: 1,2-diketon, 1,2-diimines, bidiaziridin, bidiazirin, strained cycloalkynes, Norbornyne, trapping agents, cycloaddition
Bibliographische Beschreibung und Referat Al-Omari, Mohammad Synthesis of Alkynes from Bi-3H-diazirin-3-yls: Trapping of Strained Cycloalkynes Technische Universität Chemnitz, Fakultät für Naturwissenschaften Dissertation 2003, 76 Seiten. In der vorliegenden Arbeit wird eine neue Methode zur Synthese von Alkinen beschrieben. Ausgehend von acyclischen, mono- und bicyclischen 1,2-difunktionalisierten Vorläufern wurden Bidiazirine synthetisiert und deren Eignung als Precursoren für Alkine untersucht. Dabei musste festgestellt werden, dass sich weder von 1,2-Diketonen noch von Iminoketonen die als Zwischenprodukte benötigten Bidiaziridine direkt darstellen ließen. Der einzige erfolgreiche Syntheseweg führte über die 1,2-Diimine zu Diastereomeren-Gemischen der gewünschten Bidiaziridine. Die Oxidation der Bidiaziridine lieferte die Bidiazirine, welche als Vorstufen für die Synthese von Alkinen dienten. So konnten auf diesem Wege sowohl spannungsfreie lineare Alkine wie 2-Butin als auch extrem gespannte Cycloalkine wie Cyclohexin oder Norbornin synthetisiert werden. Der spektroskopische Nachweis der Alkine erfolgte dabei direkt bzw. über verschiedene Abfangprodukte. Stichworte: 1,2-Diketon, 1,2-Diimine, Bidiaziridin, Bidiazirin, gespannte Cycloalkine, Norbornin, Abfangreagentien, Cycloaddition

Orientador : Pedro Faria dos Santos Filho
Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Quimica
Made available in DSpace on 2018-07-15T00:22:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Pastore_HeloisedeOliveira_M.pdf: 4360939 bytes, checksum: 4b2a06a447bd997ebe69a323312947f0 (MD5) Previous issue date: 1987
Mestrado

Les hydrazines sont des molécules très importantes en chimie organique, ainsi qu’en industrie pharmaceutique, celles-ci pouvant être utilisées pour la synthèse d’une multitude d’hétérocycles. Il existe de nombreuses stratégies de synthèse de ces composés. Cependant, ces méthodes peuvent être limitées par certains problèmes, tels que la présence de groupements protecteurs non recyclables ou encore la faible diversité des produits obtenus. Les diazirines présentent un fort potentiel pour être utilisées comme alternative à ces préparations, puisque ces molécules peuvent réagir avec des nucléophiles pour donner les diaziridines substituées correspondantes, puis être hydrolysées pour permettre la formation d’hydrazines monosubstituées, ainsi que de cétones, pouvant être réutilisées pour la synthèse de la diazirine de départ. Les additions nucléophiles sur les diazirines ont déjà été étudiées, mais des problèmes d’isolation de produit, de reproductibilité et d’hydrolyse des composés ont limité leurs utilisations. Afin de pallier aux difficultés rencontrées, l’utilisation d’une diazirine dérivée d’une cétone non-énolisable semble prometteuse. Ainsi, la diazirine choisie pour effectuer la méthodologie est celle dérivée de l’adamantanone. Le premier chapitre de cette thèse étudie le potentiel électrophile de la diazirine adamantane par des réactions d’addition nucléophile. Dépendamment du composé additionné, les produits obtenus sont les diaziridines ou les hydrazones monosubstituées. L’hydrolyse de ces dernières molécules étant difficiles, l’obtention directe des hydrazines n’est pas possible. Cependant, l’utilisation des composés d’addition afin effectuer un transfert direct d’hydrazines sur un autre composé pour l’obtention d’hétérocycles est une alternative intéressante. Ainsi, les réactions d’addition nucléophile sont utilisées en tandem avec des réactions de transfert d’hydrazines pour permettre la synthèse de pyrazoles et d’indoles. Aussi, l’utilisation de l’adamantanone comme support de diazirine permet le recyclage de cette molécule, pouvant être réutilisée pour la synthèse de la diazirine de départ. Le deuxième chapitre traite de la synthèse d’hydrazines N,N-disubstituées par l’utilisation d’un réarrangement observé lors des additions d’un nucléophile puis d’un électrophile, suivies d’une hydrolyse directe de l’hydrazone obtenue. La synthèse des hydrazines N,N’-disubstituées n’étant pas possible avec la méthodologie développée, une méthode dérivée est mise en place pour permettre leur obtention. Enfin, le dernier chapitre porte sur l’utilisation des hydrazines disubstituées obtenues précedemment pour la synthèse d’hétérocycles. Ainsi, les hydrazines N,N-disubstituées sont utilisées pour la synthèse de N- aminopyrroles et d’indoles N-protégés et les hydrazines N,N’-disubstituées participent à des réactions de formation de pyrazolidines.

Photoaffinity labeling is a quintessential technique in studying and analyzing the interaction between a ligand and receptor. Diazirines are one of the important photo-labile moieties used in photoaffinity labeling due to their superior photo labeling characteristics. Herein, we report the investigations we conducted with diazirine photolabels on (a) photochemical aspects leading to enhancement of their ambient light stability and (b) equipping them with fluorous tags to enable fluorous enrichment of labeled proteins. Furthermore, we report a pilot study to develop BACE-1 inhibitors, which have potential to be developed into photoaffinity probes. 3-Trifluoromethyl-3-phenyldiazirine offers good selectivity and protection against pseudolabeling but due to its photo lability, it undergoes decomposition even under ambient light. Thus the laboratory handling, including synthesis, of 3-trifluoromethyl-3-phenyldiazirine is cumbersome and restricted under constant darkness. Herein, we have designed, synthesized and evaluated two photolabels with enhanced stability to ambient light conditions in addition to the good selectivity and protection against pseudolabeling as offered by 3-trifluoromethyl-3-phenyldiazirine. It was also found that the aqueous solubility, a vital physical property for a photolabel, was also improved in the modified ambient light stable photolabels. Fluorous tags have found wide use in synthetic applications; herein we explore the possibility of its application in photoaffinity studies. We designed, synthesized and conducted photoactivation studies on two fluorous diazirine photolabels. The photoactivation studies unraveled an unanticipated photoreaction when the fluorous tag was directly connected to the diazirine ring, yielding a fluorous alkene. The more practical photolabel of the two was chosen as the target specific photoaffinity labeling moiety for fluorous proteomics. Upon conducting photolabeling experiments under various conditions, we found that the strong hydrophobic character of the fluorous tag renders the photoaffinity label insoluble in aqueous solutions and significantly alters the binding mode and affinity of the photoaffinity label to its target receptor. A library of 1,3-disubstituted 2-propanols was combinatorially prepared and tested as small molecule inhibitors of β-secretase (BACE-1). The initial screening of the 1,3-disubstituted 2-propanol library revealed a few low micromolar inhibitors for BACE-1. The compound that showed the best activity was chosen for further SAR studies, which resulted in a potent BACE-1 inhibitor with nanomolar inhibition. Investigation on the selectivity of these compounds for BACE-1 inhibition over cathepsin D revealed that these compound series possess very high selectivity. Furthermore, the physicochemical properties study showed that these compounds possessed the calculated parameters advantageous to cross the blood-brain barrier (BBB).

La mise au point bibliographique qui fait l'objet du premier chapitre permet de mettre en evidence l'etendue des etudes menees sur les diazirines. Celles-ci, et plus particulierement les halogenodiazirines, sont faciles d'acces depuis la synthese de graham et l'etude des reactions d'echange de nucleophiles. Ces cycles a trois chainons ont rarement ete utilises en tant que synthons, mais essentiellement comme precurseurs de carbenes. D'un point de vue synthetique, la bromophenyldiazirine, en presence de phosphines, permet l'acces a de nouveaux heterocycles voire a des macrocycles. Le deuxieme chapitre traite des nitrilimines, isomeres des diazirines. De nouvelles cycloadditions sont etudiees, mettant en jeu le caractere versatile des nitrilimines phosphorees : nucleophile ou electrophile, de dipole 1,3 ou formellement de dipole 1,4. Dans le troisieme et dernier chapitre, les differentes methodes de synthese des 2h-azirines sont rapportees ainsi que l'etude de leur reactivite. Une voie d'acces, sans precedent, aux 2-phosphino-2h-azirines est presentee a partir d'un phosphinocarbene stable et d'un nitrile. Les 2h-azirines ainsi obtenues presentent a la fois une reactivite classique mais egalement des reactions originales liees a la presence de l'atome de phosphore. L'obtention de nouveaux heterocycles demontre clairement le potentiel synthetique de ces petits cycles tendus.

Le développement d’une nouvelle sonde dite « activity-based probe » pour réaliser la détection de formes actives de protéases appartenant à la famille des protéases à zinc de la matrice (MMP) a été réalisé dans ce travail, en partant d’un inhibiteur phosphinique puissant des MMP dans lequel a été introduit un groupement photoactivable de type diazérine. Ce composé se révèle un inhibiteur puissant de plusieurs MMP avec des affinités nanomolaires. Ce composé incubé avec différentes MMP est par ailleurs capables de modifier de façon covalente un grand nombre de MMP au niveau de leur site actif, avec des rendements de modification variant de plus de 50% à 11%, selon la nature des MMP. En ayant choisi comme moyen de détection la radioactivité, nous démontrons qu’avec cette nouvelle sonde qu’il est possible de détecter des formes actives de MMP avec des sensibilités de l’ordre de la femtomole dans des systèmes modèles de protéomes complexes. Appliquée à l’analyse de lavages broncho alvéolaires de souris traitées par voie pulmonaire avec des nanoparticules pour induire une réponse inflammatoire, cette nouvelle sonde permet de mettre en évidence la présence de formes actives du domaine catalytique de la MMP-12, une métalloprotéase à zinc exprimée par les macrophages, mais pas dans les animaux contrôles. En revanche l’analyse de carotides humaines de patients souffrant d’athérosclérose ne nous pas conduit avec cette sonde à la détection de formes actives de MMP. Malgré ce résultat, il est à noter que la détection de forme active de MMP dans un fluide pathologique est une première dans ce domaine. Cette sonde étant validée pour sa capacité à détecter des formes actives de MMP, elle permettra dans l’avenir de tester d’autres fluides pathologiques d’origine humaine ou bien des extraits de tissu comme des tumeurs pour lesquels les MMP pourraient être des marqueurs de ces pathologies
A new activity-based probe able to covalently modify the active site of proteases belonging to the matrix metalloprotease family (MMPs) has been developed in this thesis project. The probe was shown to behave as potent inhibitor of several MMPs, with nanomolar Ki values. This probe was also able to modify specifically only the free active site of MMPs, with particular high yields of cross-linking varying from 50 % to 11 %, depending of the MMPs tested. Using radioactivity as means of detection, this probe was able to detect active form of MMPs with a threshold of 1 femtomole. Applied to the study of bronchoalvelolar fluids (BAL) from mice exposed to nanoparticles by a lung aspiration protocol, this probe revealed the presence of the catalytic domain of MMP-12 under its active form, but not in control animals. When used to detect active form of MMPs from extracts obtained from human arteries of patient suffering from atherosclerosis, the probe was not able to detect such MMP active forms. Despite this negative result, the detection of active form of MMP in pathological fluid like BAL has never been reported before this work. Having validated this novel MMP activity-based probe, it will be possible to use it now for detecting MMPs from other pathological fluids or tissues extracts in which MMPs can be good markers of the pathology

Les travaux de recherche présentés dans cet ouvrage ont été effectués dans le but de développer des catalyseurs pour la réaction d'halolactonisation énantiosélective. Deux approches différentes ont été réalisées. Dans l'introduction, il sera mention des précédents de la littérature sur la réaction d'halolactonisation énantiosélective. Aussi, une contrainte traitant d'une réaction en compétition lors de la réaction d'halolactonisation énantiosélective sera expliquée. Cette particularité devra être contournée lors du développement d'une nouvelle méthodologie asymétrique. Au premier chapitre, la première approche pour effectuer la réaction de façon énantiosélective sera abordée. Un cycle catalytique où il y aura oxydation d'un composé chiral d'iode (I) en iode (III) sera proposé. Au second chapitre, une autre méthodologie sera développée pour l'halolactonisation énantiosélective. Dans ce chapitre, les composés haloiodanes seront étudiés plus en profondeur. Leurs synthèses et leurs réactivités seront étudiées afin de mieux comprendre ces composés. Par la suite, un cycle catalytique impliquant un acide de Bronsted chiral sera développé. Au troisième chapitre, un sujet complètement différent sera traité, celui de la chimie des diazirines. Actuellement, les diazirines sont utilisées principalement comme source de carbènes, mais dans cet ouvrage il sera démontré que les diazirines peuvent agir comme source d'azote électrophile. Cette propriété est très intéressante et sera exploitée pour effectuer la synthèse d'indoles de façon expéditive et divergente.

Les recherches présentées dans ce manuscrit s’articulent autour de la réactivité du iodonitrène généré en présence de PIDA et NH3. Tout d’abord, ce réactif a permis la synthèse monotope de NH sulfoximines à partir de sulfures (perfluorés ou non), via des intermédiaires de type λ6-sulfanenitriles. L’utilité synthétique de cette méthode a été démontrée avec à la synthèse du candidat médicament Atuveciclib (Bayer). Dans un second temps, le iodonitrène a été employé pour la synthèse monotope de diazirines terminales à partir d’acides α-aminés. L’obtention de 15N2-diazirines lors de l’utilisation de 15NH3 a suggéré une étape de trans imination et a permis de synthétiser des 15N2-diazirines. Cette voie de synthèse a ensuite été étendue aux dérivés carbonylés. Enfin, des 15N2-diazirines ont été conçues pour l’hyperpolarisation, technique prometteuse pour l’imagerie médicale. Les très longs temps de relaxation observés ainsi que le transfert de polarisation aux protons de la diazirine, laissent entrevoir de futures applications en IRM
This dissertation is organized around the reactivity of the iodonitrene generated in presence of PIDA and NH3. First, this reagent was used for the one-pot synthesis of NH-sulfoximines from sulfides (with or whithout perfluoroalkylated chains), thanks to λ6-sulfanenitriles intermediates. The synthetic usefulness of this method was demonstrated thanks to the synthesis of the clinical anti-cancer drug Atuveciclib (Bayer). On the other hand, the iodonitrene was also used for the one-pot synthesis of terminal diazirines from α-amino acids. The isolation of 15N2-diazirines in presence of 15NH3 suggest a trans-imination step and allowed for the synthesis of the corresponding 15N2-diazirines. Next, this synthetic method was then extended to carbonyl compound. Lastly, the terminal 15N2-diazirines were used in hyperpolarization, a promising NMR technique for medical imagery. Very long relaxation times and polarization transfer to the protons of the molecule outlook promising future applications in MRI

L'insertion de composés diazoïques dans la liaison Si–H est une méthode directe et efficace pour la synthèse d'organosilanes. Diverses méthodes employant des catalyseurs, notamment asymétriques, ont été étudiées par le passé. Le point majeur soulevé dans le premier chapitre de cette thèse est l'emploi par les méthodes existantes de catalyseurs chiraux complexes et coûteux, ce qui peut rendre la synthèse et l'utilisation d'organosilanes chiraux moins intéressants. C'est pourquoi dans le chapitre 1 est développé une méthode verte de catalyse asymétrique de synthèse d'organosilanes chiraux utilisant des composés diazoïques. Cette méthode emploie un système catalytique peu coûteux à base de cuivre, un ligand simple à synthétiser, des conditions réactionnelles douces et qui donnent d'excellents résultats. Plusieurs organosilanes chiraux ont été synthétisés avec des rendements jusqu'à 98 % et des ratios énantiomériques jusqu'à 98:2. L'étude plus approfondie du mécanisme de cette réaction, par des études isotopiques, de compétition ou bien de calculs théoriques nous a permis de comprendre les étapes clés de cette transformation. Le second chapitre de cette thèse développe une méthode innovante de synthèse d'alcènes gem-difluorés via une réaction de défluoration 1,2-désilylative sur des organosilanes trifluorométhylés. Ce motif alcénique gemdifluoré est un réel outil synthétique et est utilisé dans de nombreuses réactions ultérieures. C'est pourquoi en simplifier la synthèse via une défluoration 1,2-désilylative d'organosilanes trifluorométhylés, représente un réel potentiel. Cette transformation découle de l'application possible des organosilanes obtenus via l'insertion de composés diazoïques dans la liaison Si–H. L'addition d'une quantité catalytique de fluorure sur les organosilanes trifluorométhylés permet d'introduire le système catalytique et d'obtenir d'excellents rendements en alcènes gem-difluorés. De nombreux exemples et applications ont été démontrés afin de promouvoir l'utilisation d'organosilanes polyfluorométhylés pour la synthèse d'alcènes perfluorés. Le troisième chapitre de cette thèse aborde la cyclopropénation d'alcynes par cycloaddition [2+1] avec l'utilisation de précurseurs carbéniques. La première partie présente les décompositions photochimiques des composés diazoïques et diazirines, en utilisant un système en flux continu. Le but a été d'établir une nouvelle voie de synthèse de cyclopropènes trifluorométhylés. Cette transformation a donné d'excellents résultats avec l'utilisation des diazirines trifluorométhylées, pour la synthèse de nouveaux cyclopropènes. L'utilisation de différentes gammes de diodes électroluminescentes a été nécessaire pour que cette nouvelle méthode s'adapte à l'utilisation de plusieurs diazirines. Des expériences contrôles ont été réalisées de façon à comparer la réactivité des composés diazoïques vis-à-vis de celle des diazirines, et aussi, la réaction de cyclopropénation par rapport à la cyclopropanation. Nous avons pu aussi bénéficier des avantages de l'utilisation du flux continu, et ainsi travailler sur plusieurs grammes de réactifs, tout en alliant les aspects de sécurité. Nous avons également mis en évidence la présence de composés diazoïques lors de la décomposition de diazirines par photochimie, grâce à des mesures synchrones de spectres infra-rouges, nous permettant ainsi de soulever certaines hypothèses au sujet du mécanisme réactionnel. La deuxième partie de ce chapitre 3 illustre le développement d'une synthèse asymétrique de cyclopropènes chiraux en reprenant les concepts développés plus haut pour l'insertion dans la liaison Si–H. Cette réaction impliquant les composés diazoïques trifluorométhylés n'a pas encore conduit à des résultats satisfaisants. Cette partie reste à l'étude et d'autres approches sont envisagées à ce jour.
The insertion of diazo compounds into the Si–H bond is a direct and efficient method of synthesizing organosilanes. Various methods employing catalysts, in particular asymmetric catalysts, have been studied in the past. The common issue, detailed in the first part of this thesis, is the use by existing methods of complex and expensive chiral catalysts. This can make the synthesis and use of chiral organosilanes less attractive. This is why in Chapter 1 a green method of asymmetric catalysis for the synthesis of chiral organosilanes is developed, using diazo compounds. This route employs an inexpensive CuI catalyst system, an easy-tosynthesize ligand, mild reaction conditions and which show excellent results. A wide range of chiral organosilanes have been synthesized with yields up to 98% and enantioselectivities up to 98:2 er. To get insight into the reaction mechanism of this reaction, isotopic, competition or computational studies allowed us to understand the key steps of this transformation. The second part of this thesis was to develop an innovative method for the synthesis of gem-difluoro alkenes via an 1,2-desilylative defluorination reaction of organosilanes. This gem-difluorinated alkenes are real synthetic tools, often used in many subsequent reactions. This is why simplifying its synthesis by the 1,2-desilylative defluorination of trifluoromethylated organosilanes represents a real potential. This transformation arises from the possible application to the synthesis of organosilanes via the insertion of diazo compounds into the Si–H bond. The addition of a catalytic amount of fluoride on trifluoro-methylated organosilanes activates the catalytic system that provides excellent yields of gem-difluoro alkenes. Various examples and applications have been demonstrated. This method promotes the use of polyfluoromethylated organosilanes for the synthesis of perfluorinated alkenes. The third chapter of this thesis was about the cyclopropenation of alkynes by cycloaddition [2+1] with the use of carbene precursors. The first part consisted in studying the photochemical decompositions of the diazo compounds and diazirines, using a continuous flow system. The aim was to present a new pathway for the synthesis of trifluoromethylated cyclopropenes. This transformation has shown excellent results with the use of trifluoromethylated diazirines, for the synthesis of new cyclopropenes. Different ranges of LEDs were used to be suitable for a wide range of diazirines. Control experiments were carried out, and comparison of diazo compounds vs diazirines reactivities, and also comparisons of cyclopropenation vs cyclopropanation transformations could be evaluated. We were also able to benefit from the advantages of using continuous flow by allowing us to work on several grams, while remaining safe. Lastly, using synchronous measurements of infrared spectra, we were able to illustrate the presence of diazo compounds during the decomposition of diazirines by photochemistry, allowing us to raise certain hypotheses about the reaction mechanism The second part of chapter 3 illustrates the development of an asymmetric synthesis of chiral cyclopropenes by repeating the concepts developed above for the Si–H insertion. This reaction involving trifluoromethylated diazo compounds has not yet shown satisfactory results. This part is still under study and other approaches are being considered to date.

Le développement d'une nouvelle sonde dite " activity-based probe " pour réaliser la détection de formes actives de protéases appartenant à la famille des protéases à zinc de la matrice (MMP) a été réalisé dans ce travail, en partant d'un inhibiteur phosphinique puissant des MMP dans lequel a été introduit un groupement photoactivable de type diazérine. Ce composé se révèle un inhibiteur puissant de plusieurs MMP avec des affinités nanomolaires. Ce composé incubé avec différentes MMP est par ailleurs capables de modifier de façon covalente un grand nombre de MMP au niveau de leur site actif, avec des rendements de modification variant de plus de 50% à 11%, selon la nature des MMP. En ayant choisi comme moyen de détection la radioactivité, nous démontrons qu'avec cette nouvelle sonde qu'il est possible de détecter des formes actives de MMP avec des sensibilités de l'ordre de la femtomole dans des systèmes modèles de protéomes complexes. Appliquée à l'analyse de lavages broncho alvéolaires de souris traitées par voie pulmonaire avec des nanoparticules pour induire une réponse inflammatoire, cette nouvelle sonde permet de mettre en évidence la présence de formes actives du domaine catalytique de la MMP-12, une métalloprotéase à zinc exprimée par les macrophages, mais pas dans les animaux contrôles. En revanche l'analyse de carotides humaines de patients souffrant d'athérosclérose ne nous pas conduit avec cette sonde à la détection de formes actives de MMP. Malgré ce résultat, il est à noter que la détection de forme active de MMP dans un fluide pathologique est une première dans ce domaine. Cette sonde étant validée pour sa capacité à détecter des formes actives de MMP, elle permettra dans l'avenir de tester d'autres fluides pathologiques d'origine humaine ou bien des extraits de tissu comme des tumeurs pour lesquels les MMP pourraient être des marqueurs de ces pathologies.

A natural phenomenon characterized by dense aggregations of unicellular photosynthetic marine organisms has been termed colloquially as red tides because of the vivid discoloration of the water. The dinoflagellate Karenia brevis is the cause of the Florida red tide bloom. K. brevis produces the brevetoxins, a potent suite of neurotoxins responsible for substantial amounts of marine mammal and fish mortalities. When consumed by humans, the toxin causes Neurotoxic Shellfish Poisoning (NSP). The native function of brevetoxin within the organism has remained mysterious since its discovery. There is a need to identify factors which contribute to and regulate toxin production within K. brevis. These toxins are produced and retained within the cell implicating a significant cellular role for their presence. Localization of brevetoxin and identification of a native receptor may provide insight into its native role as well as other polyether ladder type toxins such as the ciguatoxins, maitotoxins, and yessotoxins. In higher organisms these polyether ladder molecules bind to transmembrane proteins with high affinity. We anticipated the native brevetoxin receptor would also be a transmembrane protein. Photoaffinity labeling has become increasingly popular for identifying ligand receptors. By attaching ligands to these photophors, one is able to activate the molecule after the ligand binds to its receptor to obtain a permanent linkage between the two. Subsequent purification provides the protein with the ligand directly attached. A molecule that is capable of fluorescence is a fluorophore, which upon excitation is capable of re-emitting light. Fluorescent labeling uses fluorophores by attaching them covalently to biologically active compounds. The synthesis of a brevetoxin photoaffinity probe and its application in identifying a native brevetoxin receptor will be described. The preparation of a fluorescent derivative of brevetoxin will be described and its use in localizing the toxin to an organelle within K. brevis. In addition, the general utility of a synthesized photoaffinity label with other toxins having similar functionality will be described. An alternative synthetic approach to a general photoaffinity label will also be discussed whose goal was to accelerate the preparation and improve the overall synthetic yields of a multifunctional label.

N-Heterocycles are ubiquitous in biologically active natural products and pharmaceuticals. Yet, new syntheses and modifications of N-heterocycles are continually of interest for the purposes of expanding chemical space, finding quicker synthetic routes, better pharmaceuticals, and even new handles for molecular labeling. There are several iterations of molecular labeling; the decision of where to place the label is as important as of which visualization technique to emphasize.

Piperidine and indole are two of the most widely distributed N-heterocycles and thus were targeted for synthesis, functionalization, and labeling. The major functionalization of these scaffolds should include a nitrogen atom, while the inclusion of other groups will expand the utility of the method. Towards this goal, ease of synthesis and elimination of step-wise transformations are of the utmost concern. Here, the concept of electrophilic amination can be utilized as a way of introducing complex secondary and tertiary amines with minimal operations.

Molecular tags should be on or adjacent to an N-heterocycle as they are normally the motifs implicated at the binding site of enzymes and receptors. The labeling techniques should be useful to a chemical biologist, but should also in theory be useful to the medical community. The two types of labeling that are of interest to a chemist and a physician would be positron emission tomography (PET) and magnetic resonance imaging (MRI).

Coincidentally, the 3-positions of both piperidine and indole are historically difficult to access and modify. However, using electrophilic amination techniques, 3-functionalized piperidines can be synthesized in good yields from unsaturated amines. In the same manner, 3-labeled piperidines can be obtained; the piperidines can either be labeled with an azide for biochemical research or an 18F for PET imaging research. The novel electrophiles, N-benzenesulfonyloxyamides, can be reacted with indole in one of two ways: 3-amidation or 1-amidomethylation, depending on the exact reaction conditions. Lastly, a novel, hyperpolarizable 15N2-labeled diazirine has been developed as an exogenous and versatile tag for use in magnetic resonance imaging.

Dissertation

Abstract Al-Omari, Mohammad Synthesis of Alkynes from Bi-3H-diazirin-3-yls: Trapping of Strained Cycloalkynes Chemnitz Technical University, Fakulty of Science Dissertation 2003, 76 pages. In this study, we have succeeded in synthesis of alkynes by a new method using bidiazirines as precursors. Different bidiazirinyl systems, such as acyclic, cyclic, and bicyclic systems, were investigated to show if they could serve as appropriate precursors for cycloalkynes. It has been shown that alkynes of no strain (e.g. 2-butyne) as well as extremely strained cycloalkynes (e.g. norbornyne) could be generated utilizing this method. This new method represents a simple, clean, and very efficient route to alkynes. That the strained cycloalkynes had actually been generated was shown by different trapping experiments. In these experiments, the thermal or photoextrusion of nitrogen atoms of the bidiaziridine moieties will certainly leads to the formation of a C,C triple bond, most probably through carbene intermediate. In terms of their reactions with the trapping dienes reagents, the generated cycloalkynes should be considered as normal, yet strained alkynes. In turn, bidiazirines were easily synthesized by oxidative dehydrogenation of their corresponding bidiaziridines. Bidiaziridines, which were the key step in the whole process, were successfully synthesized from bisdiimine precursors. It has been shown, that bisdiimines were the only suitable starting materials for the synthesis of bidiaziridines. Neither the diketones, nor the iminoketone derivatives proved to serve as appropriate starting materials. keywords: 1,2-diketon, 1,2-diimines, bidiaziridin, bidiazirin, strained cycloalkynes, Norbornyne, trapping agents, cycloaddition.
Bibliographische Beschreibung und Referat Al-Omari, Mohammad Synthesis of Alkynes from Bi-3H-diazirin-3-yls: Trapping of Strained Cycloalkynes Technische Universität Chemnitz, Fakultät für Naturwissenschaften Dissertation 2003, 76 Seiten. In der vorliegenden Arbeit wird eine neue Methode zur Synthese von Alkinen beschrieben. Ausgehend von acyclischen, mono- und bicyclischen 1,2-difunktionalisierten Vorläufern wurden Bidiazirine synthetisiert und deren Eignung als Precursoren für Alkine untersucht. Dabei musste festgestellt werden, dass sich weder von 1,2-Diketonen noch von Iminoketonen die als Zwischenprodukte benötigten Bidiaziridine direkt darstellen ließen. Der einzige erfolgreiche Syntheseweg führte über die 1,2-Diimine zu Diastereomeren-Gemischen der gewünschten Bidiaziridine. Die Oxidation der Bidiaziridine lieferte die Bidiazirine, welche als Vorstufen für die Synthese von Alkinen dienten. So konnten auf diesem Wege sowohl spannungsfreie lineare Alkine wie 2-Butin als auch extrem gespannte Cycloalkine wie Cyclohexin oder Norbornin synthetisiert werden. Der spektroskopische Nachweis der Alkine erfolgte dabei direkt bzw. über verschiedene Abfangprodukte. Stichworte: 1,2-Diketon, 1,2-Diimine, Bidiaziridin, Bidiazirin, gespannte Cycloalkine, Norbornin, Abfangreagentien, Cycloaddition.

Tese de mestrado, Química Farmacêutica e Terapêutica, Universidade de Lisboa, Faculdade de Farmácia, 2016
American Trypanosomiasis (AT), Human African Trypanosomiasis (HAT) and Leishmaniasis are neglected tropical diseases (NTDs) caused by the vector-borne infection with parasitic protozoa of the order Trypanosomatid. According to the World Health Organization, these diseases affect millions of people and are responsible for thousands of deaths every year. Despite the high prevalence in developing countries, the available drugs are outdated, present several side effects, lack efficacy and/or are hard to administer. Therefore new drugs are urgently needed. One powerful approach to fight the dearth of drugs for NTDs has been directed at repurposing established knowledge about classes of molecular targets that the pathogen holds in common with humans. We have recently disclosed Torin2, an ATP-competitive inhibitor of the mammalian target of rapamycin (mTOR), as a potent antimalarial with in vivo activity against both liver and blood stages and a distinct mode of action compared with currently used antimalarials. Although no Plasmodium orthologs of mTOR exist, there are some proteins that show a sequence with relatively high similarity to human mTOR, namely a predicted phosphatidylinositol-3-kinase (PI3K) and two predicted phosphatidylinositol-4 kinases (PI4K), which show conservation primarily in the kinase catalytic domain. This inspired us to screen Torin2 against other protozoan parasites and the results showed that the compound is active against T. brucei, T. cruzi and L. infantum. In order to access the applicability of this new chemotype to other human parasitic protozoan diseases, we have synthesized a small library of Torin2 analogues and tested it against Trypanosoma cruzi, Trypanosoma brucei and Leishmania infantum, the agents of AT, HAT and visceral leishmaniasis (VL) respectively. The results were promising with EC50 values for some compounds in the low nanomolar range, surpassing the reference drugs for AT and VL. Identifying the target of the Torin-based compounds was also a major interest, thus adequate chemical tools started to be developed to allow proteome profiling and live-cell imaging based on photoaffinity-based probes. A task which was partially accomplished in the present work with the synthesis of the photo-crosslinker moiety and coupling with a synthesized Torin-based compound.
A Tripanossomíase Americana (TA), a Tripanossomíase Humana Africana (THA) e Leishmanioses são doenças tropicais negligenciadas (DTNs) causadas pela infeção com parasitas protozoários da ordem Trypanosomatida. De acordo com a Organização Mundial de Saúde, estas doenças afetam milhões de pessoas e são responsáveis por milhares de mortes todos os anos. Ainda que a prevalência das doenças em países em desenvolvimento seja alta, os medicamentos disponíveis são antiquados, apresentam diversos efeitos secundários, são pouco eficientes e/ou são difíceis de administrar. Assim, a descoberta de novos medicamentos é uma necessidade. Uma abordagem poderosa para combater a escassez de medicamentos para a DTNs passa por reutilizar compostos com alvos comuns entre parasitas e humanos. Recentemente o nosso grupo identificou o composto Torin2, um inibidor competitivo do ATP para a cinase mTOR, como um potente antimalárico com atividade in vivo contra a fase hepática e sanguínea, e um modo de ação distinto dos antimaláricos usados atualmente. Ainda que não existam proteínas ortológas da cinase mTOR no Plasmodium, existem proteínas com sequência relativamente semelhante à mTOR humana, nomeadamente uma PI3K e duas PI4Ks, que conservam o domínio catalítico da cinase. Estes factos levaram-nos a testar o Torin2 contra outros parasitas protozoários e os resultados mostraram que este é ativo contra T. brucei, T. cruzi e L. infantum. Para testar a aplicabilidade desta molécula para outras doenças de protozoários parasitas em humanos, foi sintetizada uma pequena biblioteca de compostos análogos do Torin2 e testados contra Trypanosoma cruzi, Trypanosoma brucei e Leishmania infantum, os agentes da TA, THA e leishmaniose visceral (LV) respetivamente. Os resultados foram promissores ao revelar compostos com EC50 na ordem do nanomolar, superando os medicamentos de referência para a AT e LV. A identificação do alvo molecular para estes análogos do Torin2 também era interessante, por isso começou-se a desenvolver ferramentas que possibilitariam o estudo proteómico e a visualização em células vivas baseado em sondas de foto-afinidade molecular. Uma tarefa para a qual se sintetizou um photo-crosslinker que se acoplou a uma estrutura análoga do Torin2.

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.
This thesis consists of two parts: Part 1: Design and synthesis of constrained azacyclic pyrrolidine analogues of FTY720 as anticancer agents FTY720 is presently marketed as a drug (GilenyaTM) for the treatment of relapsing-remitting multiple sclerosis. It functions as an immunosuppressant due to its effect on sphingosine-1-phosphate (S1P) receptors. At higher doses, FTY720 also has antineoplastic actions. However, at such doses it induces bradycardia due to the activation of the S1P1 and S1P3 receptors. This limits its potentical to be used as a cancer therapy in humans. Our previous studies have shown that some constrained pyrrolidine analogues of FTY720 have anticancer activity but no activity toward S1P1 and S1P3 receptors. We reasoned that a study of the structure-activity relationships (SARs) could lead to the discovery of new effective antitumor agents. Thus, two series of constrained analogues (O-arylmethyl-substituted pyrrolidines and C-aryl-substituted pyrrolidines) were designed and synthesized (Chapter 1). These analogues showed excellent cytotoxic activity against various human cancer cells (prostate, colon, breast, pancreas and leukemia). Especially, several active analogues, which cannot be phosphorylated by SphK, have the potency to be further studied in the treatment of cancer without inducing bradycardia. Mechanistic studies suggest that these constrained analogues trigger down-regulation of nutrient transporters, which induce a bioenergetic crisis and the cancer cells starve to death. To further investigate their target receptors, we have designed and synthesized diazirine based photo-affinity labeling (PAL) probes (Chapter 2). Aided by the PAL technique, information regarding the target receptor could be obtained through LC/MS/MS protein analysis. These tests are in progress and the preliminary results appear promising. Part 2: Metal coordination-controlled and bifunctional catalysis toward tertiary β-ketols The Barbier and Grignard reactions are classical methods to form carbon-carbon bonds, and generally used to prepare secondary or tertiary alcohols. In an attempt to perform a Grignard reaction with n-butyl iodide under Barbier one-pot conditions, we obtained major product β-hydroxyl ketol from the self-aldol reaction of 5-hexen-2-one, rather than the expected addition alcohol product (Chapter 3). The unusual β-ketol formation was also observed using other methyl ketone substrates. Interestingly, in an intramolecular reaction of a triketone substrate, which is well known to give the Hajos-Parrish ketone, the favored product was a rarely studied β-ketol with the hydroxyl group at axial position. Intrigued by these results, after systematic reaction condition studies, we developed two new methods toward the catalytic synthesis of specific β-ketols by intramolecular cylcization in high yield and selectivity (Chapter 4). The reaction can be catalyzed either by a suitable base and lithium bromide as the additive, through a lithium pre-organized transition state or by a bifunctional catalyst TBD (triazabicyclodecene), through a TBD mediated bidentate transition state. The proposed mechanisms were corroborated by DFT computation. These catalytic reactions were also extended to other triketone and diketone substrates. Although the initial efforts to achieve enantioselectivity were not successful, they merit further study of the synthesis and investigation of new chiral catalysts.