Dissertations / Theses on the topic 'Azacycle'

In dieser Arbeit wird durch Modellrechnungen gezeigt, wie die Stickstoffinversion in Azacyclen als molekularer Schalter genutzt werden könnte. Hierzu werden ein Fluorazetidin- und ein Fluorazacyclopentanderviat quantenchemisch untersucht. Das letztere Molekül wird auch quantendynamisch untersucht. Jedes der beiden Moleküle besitzt zwei stabile Konformationen. Es wird gezeigt, dass das Azabicyclopentanderivat von der einen Konformation mittels zweier linear polarisierter IR-Laserpulse durch sogenanntes “ladder climbing” in die andere überführt werden kann.
In this work it is shown by model simulation, how the nitrogon inversion in azacycles could be used as a molecular switch. For this a azetidine derivative and a fluoroazabicyclopentane derivative have been investigated quantumchemically. Both of the molecules have two stable conformers. The latter molecule is also investigated quantumdynamically. Its is shown that the azabicyclopentanederivative can be switched from one conformer to the other by using two linear polarised IR laser pulses via ladder climbing.

The work presented in this thesis involves new transformations of azacycles, focusing on the introduction of functionality α-to N. α-C-H functionalisation on an azetidine has been a long-standing challenge, with N-protecting/activating groups that work well in the higher and lower azacyclic systems not viable. A recent breakthrough in the Hodgson group showed the rarely used N-thiopivaloyl group was effective for α-deprotonation– electrophile trapping on azetidines, but was not without limitations concerning harsh removal conditions and scope for further substitutions. This thesis describes efforts to overcome these issues by development of a new protecting/activating group for N, t-butoxythiocarbonyl (Botc).

La Nature est une source quasi inépuisable de molécules possédant des propriétés biologiques souvent remarquables. Ainsi, les plantes fournissent chaque jour de nouvelles structures dont les chimistes s’inspirent afin de créer de façon synthétique des molécules similaires ou dérivées pouvant avoir de potentielles applications en tant qu’agents thérapeutiques par exemple.L’émergence de la catalyse organométallique a permis d’améliorer considérablement les méthodes de synthèse de molécules complexes. La catalyse homogène à l’or, dont le potentiel n’a été exploité qu’à partir des années 2000, a prouvé son efficacité pour effectuer de nombreuses réactions permettant de créer plusieurs liaisons carbone-carbone ou carbone-hétéroatome en une étape. Les conditions douces et la grande tolérance des catalyseurs d’or vis-à-vis de groupements fonctionnels divers ont naturellement mené à l’application de la catalyse à l’or à la synthèse de produits naturels. Ces études s’inscrivent dans cette dynamique et exploitent la réactivité d’azacycles contraints et d’alcynes en présence d’or(I) pour former des squelettes hétérocycliques couramment rencontrés au sein de produits naturels. La réactivité particulière des groupements sulfonyles protecteurs de l’azote a également été étudiée pour synthétiser différentes molécules azabicycliques. Les méthodes de synthèse mises au point ont finalement été appliquées à la synthèse de molécules cibles
Nature is a nearly endless source of molecules, often possessing remarkable biological properties. Thus, plants provide new structures every day, inspiring chemists to synthetically create similar molecules or analogs, which are potential therapeutic agents for example. The emergence of organometallic chemistry allowed for considerable improvement of synthetic methods to make complex molecular scaffolds. Homogeneous gold catalysis, whose potential has only been explored starting from 2000, proved its efficiency to make numerous reactions. Most of them can generate several carbon-carbon or carbon-heteroatom bonds in one step. Soft conditions as well as good tolerance of gold catalysts toward multiple functional groups naturally led to the application of gold-catalyzed steps in various total syntheses of natural products.The present study evolves in this context and explores the reactivity of strained azacycles and alkynes in the presence of gold(I) to form heterocyclic skeletons that are commonly found in natural products. The specific reactivity of sulfonyl nitrogen-protecting groups has also been studied to synthesize azabicyclic compounds. The application of those various new methodologies to the synthesis of target molecules has finally been studied

The initial aim of this project was to investigate ways of synthesising fused, spirocyclic and linked bicyclic amines. We built on methodology previously developed within our group, employing cyclic dienamides, prepared using the reductive cyclisation of bromoenynamides, as key structural building blocks for further annulation. In the course of investigating the reactivity of these cyclic dienamides, we discovered a new efficient and general route to their synthesis, by employing palladium- or ruthenium-catalysed enynamide cycloisomerisation. A wide range of attractive dienamide scaffolds were synthesised from simple enynamide precursors in rapid, high yielding and operationally simple reactions, underlining their potential utility as an atom-economical source of azacycles. Chiral enynamide substrates were used to generate 1,4-dienamides as a single diastereomer at the newly formed (quaternary) stereocentre. This relay of stereochemistry was exploited not only in the formation of monocyclic dienamides, but even in the formation of a spirocyclic product, and this bodes well for further stereocontrolled synthesis of polysubstituted azacycles. Finally the palladium- and ruthenium-catalysed cycloisomerisation of enynamides was discussed and investigated mechanistically, utilising ¹H NMR spectroscopy, timecourse and deuterium-labelling experiments.

This thesis describes our examination of the reactivity of allenylpalladium intermediates generated from the reaction of palladium(0) with propargylic electrophiles. Chapter 1 provides a general overview of the literature reported to date concerning the nature and reactivity of allenylpalladium intermediates. The coupling of a variety of propargylic electrophiles with aryl boronic acids to form allenes is examined in Chapter 2. However, when employing diastereomerically pure electrophiles, some erosion of stereochemistry was observed in the allene products. This effect was examined further, and epimerisation of the allene product was found to be the origin of the loss of stereochemistry. Evidence for the species likely responsible for this epimerisation is presented. The serendipitous formation of tetrahydrofurans (THFs) from propargylic 7-membered cyclic carbonates prompted an in-depth examination of this reactivity, as described in Chapter 3. The reaction of these cyclic carbonates was rendered stereoselective and the stereochemical outcome of the reaction elucidated. The methodology was extended to propargylic acyclic carbonates which allowed the formation of tetrahydropyrans (THPs). The effect of ring-size and substituents on the cyclisations was examined, culminating in the formation of two rings in a single step from diol-containing bis-carbonates. Chapter 4 describes the extension of this methodology to the formation of azacyclic products. This built upon foundation work conducted by a Part II student within the group, and further improved the selectivity of the reaction. Two diverse azacyclic skeletons could be formed from the same substrate by the employment of different bidentate phosphine ligands, and a variety of substrates were examined under these conditions. Chapter 5 draws general conclusions and sets out possible future directions for the methodology, and full experimental details are outlined in Chapter 6.

Pyrroles are found in various natural products and in the chemical composition of certain drugs because of their interesting biological properties. Lipitor, Tolmetin and Amtolmetin are examples of drugs with 1,2,5-substituted pyrroles in their composition, in which biological activities have been certified. Moreover, pyrroles are used as precursors of semiconductor polymers, oligomers and dendrimers useful for the synthesis of electroluminescent materials used in devices, such as organic light-emitting diodes, field-effect transistors, solar and organic photovoltaic cells. We are interested in conjugated polymers based on pyrrole due to their optical properties, electrochemical and the conductivity produced by electron delocalization along their carbon chains. The overall objective of the work presented in this thesis is the synthesis of new molecules based on pyrrole for studying their electronic and electrochemical properties as well for the synthesis of conjugated polymers. Initially, we performed the synthesis of 1,3,5-tri-(1-alkyl-5-methylpyrrol-2-yl)benzenes, which may serve as precursors for the synthesis of conjugated dendrimers. Their synthesis was made in three steps starting from trimethyl 1,3,5-benzene-tricarboxylate which was converted to 1,3,5-tri-(pent-4-enoyl)benzene using vinylmagnesium bromide in a Grignard reaction catalyzed by copper cyanide. The olefins of 1,3,5-tri-(pent-4-enoyl)benzene were oxidized to produce 1,3,5-tri-(4-oxopentanoyl)benzene using a modified protocol of the Tsuji-Wacker reaction. Subsequent, Paal-Knorr condensation reactions on 1,3,5-tri-(4-oxopentanoyl)benzene with different amines were used to synthesize 1,3,5-tri-(1-alkyl-5-methylpyrrol-2-yl)benzenes with different N-substituents in yields between 44 and 60%. Incomplete reaction of vinylmagnesium bromide with trimethyl 1,3,5-benzenetricarboxylate gave the methyl-3,5-di(pent-4-enoyl)benzoate, which was converted to methyl-3,5-dipyrrolylbenzoate following the reaction of Tsuji- Wacker and Paal-Knorr with yields between 30 and 60%. The photochemical and electrochemical properties of the 1,3,5-tri-(1-alkyl-5-methylpyrrol-2-yl)benzenes and methyl-3,5-dipyrrolylbenzoates were studied in collaboration with the research group of professor William Skene. The results have shown that both types of pyrrole have potential for the synthesis of conjugated polymers and dendrimers used in the manufacture of electroluminescent materials. Following these encouraging results, we performed the synthesis of 6,12-dimethyl-1,5-dipyrrolediazocane. Methyl N-(Boc)-β-alaninate was converted to its corresponding homoallylic ketone, which was oxidized to N-(Boc)aminoheptan-3,6-dione. The Paal-Knorr condensation between N-(Boc)aminoheptan-3,6-dione and aminoheptan-3,6-dione hydrochloride gave 6,12-dimethyl-1,5-dipyrrolediazocane in 17% yield. In sum, we have synthesized and characterized seven new molecules, six of them having photochemical and electrochemical properties interesting for the synthesis of conjugated polymers and dendrimers. The latter offering potential as precursor for the conception of compounds of therapeutic interest.
Les pyrroles sont une classe de molécules que l'on trouve dans divers produits naturels ainsi que dans la composition chimique de certains médicaments en raison de leurs propriétés biologiques intéressantes. Le Lipitor, la Tolmetin et l'Amtolmetin sont des exemples de médicaments à base de pyrroles 1,2,5 substitués dont les activités biologiques ont été certifiées. Les pyrroles sont aussi utilisés comme précurseurs de polymères, oligomères et dendrimères semi-conducteurs nécessaires à la synthèse de certains matériaux électroluminescents, tels que les diodes organiques électroluminescentes, les transistors à effets de champ et les cellules organiques photovoltaïques. Nous nous sommes intéressés à ces polymères conjugués à base de pyrroles en raison de leurs qualités de bons conducteurs, de leurs propriétés optiques et électrochimiques que leur confère la délocalisation des électrons le long de leurs chaines carbonées. L'objectif général des travaux présentés dans ce mémoire est de synthétiser de nouvelles molécules à base de pyrroles pouvant éventuellement servir de précurseurs à la synthèse de dendrimères conjugués ainsi qu'à la synthèse de molécules thérapeutiques. Une étude de leurs propriétés électroniques et électrochimiques sera effectuée afin de déterminer leur potentiel pour la fabrication de matériaux électroluminescents. Dans un premier temps, la synthèse des analogues du 1,3,5-benzènetripyrrole a été faite en trois étapes à partir du 1,3,5-benzènetricarboxylate de triméthyle. Celui-ci a été converti en premier lieu en 1,3,5-benzènetricétone-γ,δ-insaturée lors d'une réaction de Grignard catalysée par le cyanure de cuivre. Ce dernier composé fut oxydé lors de la seconde étape en 1,3,5-tri-(4-oxopentanoyl)benzène selon un protocole modifié de la réaction de Tsuji-Wacker. Enfin, la réaction de condensation de Paal-Knorr du 1,3,5-tri-(4-oxopentanoyl)benzène de l'étape précédente mène au 1,3,5-benzènetripyrrole N-substitué selon l'amine utilisée pour la condensation, avec des rendements entre 44 et 60%. La réaction incomplète du bromure de vinylmagnésium avec le 1,3,5-benzènetricarboxylate de triméthyle mène au méthyl-3,5-di-(pent-4-énoyl)benzoate, qui a été converti en méthyl-3,5-dipyrrolylbenzoate suite à la réaction de Tsuji-Wacker et de Paal-Knorr avec des rendements entre 30 et 60%. L'étude des propriétés photochimiques et électrochimiques des tripyrroles et des bipyrroles a été faite en collaboration avec le groupe de recherche du professeur William Skene. Les résultats obtenus démontrèrent que ces pyrroles auraient un potentiel pour la synthèse de dendrimères conjugués servant à la fabrication de matériaux électroluminescents. Suite à ces résultats encourageants, la synthèse du 6,12-diméthyle-1,5-dipyrrolediazocane a aussi été réalisée. Celui-ci a été synthétisé à partir de l’ester méthylique de l’acide 3-tert-butoxycarbonylaminopropionique qui a été converti en sa cétone homoallylique correspondante, puis oxydée en N-Boc-3,6-dioxoheptylcarbamate. La condensation de Paal-Knorr de ce dernier composé avec le sel d'hydrochlorure 7-aminoheptane-2,5-dione mène au 6,12-diméthyle-1,5-dipyrrolediazocane avec un rendement de 17%. En somme, la recherche effectuée a permis la synthèse et la caractérisation de six nouvelles molécules ayant des propriétés photochimiques et électrochimiques intéressantes pour la synthèse de polymères et dendrimères conjugués. Ainsi que la synthèse d'un diazacycle, qui de part sa structure pourrait servir de précurseur à la synthèse de molécules thérapeutiques.

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.