Après avoir exposé les enjeux de ce travail en présentant dans le chapitre 1 les produits naturels possédant le motif tétrahydroisoquinoléinique, leurs intérêts pharmacologiques et leur unique voie d'accès via la réaction de Pictet Spengler, nous avons présenté la synthèse énantiosélective de tétrahydroisoquinoléine 1,3-disubstituées et différentes tentatives d'obtention des motifs pentacycliques de différents alcaloïdes d'intérêt biologique. La synthèse énantiosélective de tétrahydroisoquinoléines 1,3-disubstituées a été effectuée en 6 étapes utilisant deux étapes clés. Une alkylation catalysée par transfert de phase permet de créer un centre asymétrique et une cyclisation pallado-catalysée permet d'accéder au motif tétrahydroisoquinoléinique. Dans la suite, les différentes voies d'accès testées permettant d'accéder au motif pentacyclique n'ont pas été couronnées de succès. Dans un second temps ont été exposées les différentes sources de composés possédant un motif spirocétalique, leurs propriétés électroniques et conformationnelles. Les différentes voies de synthèse de spirocétals ont été présentées. Les différentes voies de synthèse d'a-hétérofuranes ont été introduites en se concentrant sur les dérivés soufrés, azotés et oxygénés. L'utilisation des a­ alcoxyfuranes en réaction de cycloaddition a ensuite été présentée ainsi que l'utilisation des adduits. Enfin la réaction de RRM a été étudiée en se focalisant sur les réactifs à forte tension de cycle. Différentes voies de synthèse des a-alcoxyfuranes ont été exposées. Une voie d'accès générale a été développée par réaction d'addition/élimination sur le 2,5-diméthoxy-2,5-dihydro-2-furanoate de méthyle. La séquence cycloaddition [4+2] ou [4+3]1 RRM a été ensuite présentée permettant d'accéder aux spirocétals (5,6) et (6,6). L'application de cette méthodologie à la synthèse des aculéatines et des aculéatols, est étudiée.

Récemment, notre groupe de recherche a mis au point une stratégie de synthèses de composés polycycliques impliquant une séquence de cyclisation de Vilsmeier-Haack et de cycloaddition dipolaire-1,3 intramoléculaire d’ylure d’azométhine. Afin de démontrer l’applicabilité de cette stratégie en synthèse totale, nous avons choisi les alcaloïdes de type aspidospermatane comme cible. Malgré qu’il existe plusieurs synthèses racémiques d’alcaloïdes dans cette famille, la version énantiosélective a été peu explorée. Nous avons d’abord exploré deux approches permettant l’installation du centre de chiralité qui contrôlera la stéréochimie absolue à tous les nouveaux centres chiraux générés lors de l’étape clé (chapitre 1). En dépit de l’obtention d’excès énantiomériques insatisfaisants, nous avons continué la synthèse de manière racémique afin d’optimiser la séquence réactionnelle. Ainsi, nous avons développé la synthèse du premier substrat d’étape clé qui, lorsque soumis aux conditions de cyclisation, n’a malheureusement pas mené au produit désiré. À partir de ce résultat, une optimisation du dipolarophile (chapitre 2), de l’ylure et du nucléophile a débuté. Différents substrats d’étape clé ont été synthétisés à partir de la séquence développée précédemment et ont été soumis aux conditions de cyclisation jusqu’à déterminer la bonne combinaison qui nous a permis d’obtenir le cycloadduit (chapitre 3). Pour finir, des travaux futurs sont suggérés afin d’installer de façon plus efficace le centre de chiralité et de terminer la synthèse énantiosélective des alcaloïdes de type aspidospermatane.

Highly functionalized 5 or 6-membered nitrogen-containing heterocyclic moieties are highly prevalent in pharmaceuticals reagents, alkaloid natural products, organocatalysts, as well as useful building blocks in organic synthesis. Novel approaches to synthesizing these structures are sought therefore to maximize their accessibility. Within the well-established organic synthesis artillery, electrocyclic reactions serve as the predominant strategy to construct pyrrolidine and piperidine analogues. In this dissertation, the first stereocontrolled assembly of indolizidines from 2-allylic proline esters by aza-Prins reaction, and endo-selective synthesis of highly functionalized 5-vinylic pyrrolidines from benzylic and allylic azomethine ylide using novel [3+2] dipolar cycloaddition are described. These methodologies then culminate in a formal synthesis of Borreria alkaloid, borrecapine, by using an unprecedented sulfonyl group substituted dipolarophile. Finally, new directions in our laboratory to make pyrrolidine scaffolds are included in the last chapter of this thesis.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

The research in this thesis describes an asymmetric pericyclic cascade approach to the synthesis of a range of enantioenriched oxindoles using enantiopure oxazolidine derived nitrones and disubstituted ketenes. Chapter 1 aims to place this work in the context of the literature, describing other commonly employed or state-of-the-art asymmetric approaches to oxindoles and related compounds. Examples of where these approaches have been used successfully in the total synthesis of related indole alkaloids are also presented. The conception of this project within the group is also described alongside initial attempts to develop the first enantioselective variant of the same reaction using nitrone chiral auxiliaries. Chapter 2 details the optimisation of this asymmetric oxindole forming reaction by structural variation of the nitrone component, culminating in the preparation of an N-TIPBS nitrone based on an oxazolidine framework, which proved to be optimal for this process. Also detailed are attempts to gain insight towards the mechanism of this transformation and to understand the mode of chirality transfer. Chapter 3 details the use of the N-TIPBS nitrone scaffold as a transmitter of chiral information in the synthesis of 3-alkyl-3-aryloxindoles and spirocyclic oxindoles. Chapter 4 delineates the mechanism of this transformation as a pericyclic cascade process. The key stereo-determining features are discussed including the conformational preferences of such chiral oxazolidine derived nitrones and the influence of the N-protecting group on the stereochemical outcome. Synthetic endeavours to provide evidence as to the validity of this computational mechanistic rationale are also presented. Chapter 5 describes regioselectivity studies, and tolerance of both the racemic and asymmetric reactions to varying substitution on the nitrone N-aryl ring. Initial studies were undertaken using achiral nitrones before the interplay between regio- and stereoselectivity was explored, initially with enantiopure N-Boc Garner's aldehyde derived nitrones, and further with N-TIPBS nitrones. Chapter 6 initially describes attempts to transform this chiral auxiliary methodology into a catalytic asymmetric protocol, by investigating in situ ketene formation via various strategies including activation of carboxylic acids. Also described are investigations into related nitrone-ketenimine cycloadditions, and related [3+2] nitrone cycloadditions. Chapter 7 describes the application of this methodology toward the synthesis of compounds with biological relevance. The concise asymmetric synthesis of a Roche anti-cancer agent is outlined, as is the extension of this methodology to the synthesis of indole alkaloid-like species. Finally, the attempted application of this methodology toward the asymmetric synthesis of (+)-gliocladin C is outlined.

Das Ziel dieser Arbeit war es, eine im Arbeitskreis entwickelte Methode zur Darstellung von unterschiedlich substituierten -Aminopiperidinen zu etablieren und zu verifizieren, indem unser Konzept einer Tandemreaktion zum Einsatz kommen sollte. Diese Reaktionssequenz sollte anschließend zur Totalsynthese von Microconin, einem aus Microcos paniculata isoliertem Alkaloid, genutzt werden. Den ersten Schritt in Richtung -Aminopiperidinderivate machte die Veresterung von L-Pyroglutaminsäure. Nach der Reduktion des Methylesters erfolgte die Aktivierung der Hydroxyfunktion des Alkohols in Form des Tosylats. Die Azideinführung resultierte aus einer nucleophilen Substitutionsreaktion, anschließend daran wurde der Lactam-Stickstoff mit Boc2O und einer katalytischen Menge DMAP geschützt. Das Lactam ist durch den Elektronenakzeptor aktiviert, so dass die Ringöffnung zum Methylester unter sehr milden Bedingungen und ohne weiteren Reinigungsschritt erfolgen konnte. Die Aminofunktion musste mit einer zweiten Schutzgruppe blockiert werden, die anschließende selektive Reduktion mit DiBAl-H in trockenem Ether verlief problemlos und lieferte mit dem Aldehyd das Edukt für Olefinierungen mittels verschiedener Wittig-Reaktionen. Dafür wurden stabilisierte Phosphonate hergestellt und in einer HWE-Reaktion mit dem Aldehyd umgesetzt. Die resultierenden elektronenarmen Olefine gingen dann die intramolekulare Cycloaddition mit dem Azidsubstituenten ein und bauten so den Grundkörper der -Aminopiperidinderivate in einer Reaktionssequenz auf, die wir als Tandem Wittig-[3+2]-Cycloaddition bezeichnen. Die Bildung der primären Triazoline erfolgte stereoselektiv, die Geschwindigkeit der Cycloaddition hing sowohl vom konjugierten Olefinsubstituenten als auch vom vicinalen Substituenten der Azidfunktion ab. Die Konfigurationsbestimmung erfolgte mittels NMR-Spektroskopie durch Analyse der Kopplungskonstanten und NOE-Messungen. Die asymmetrische Induktion der Cycloaddition konnte direkt für die Stereochemie am Piperidinring genutzt werden, indem, nach basischer Triazolin/Diazoamin Isomerisierung, gleich das Diazoamin hydriert wurde. Die Hydrierung der vinylogen Urethane, den Produkten aus der rhodiumkatalysierten Stickstoffextrusion, lieferte ein Diastereomerengemisch, wobei das Verhältnis der Diastereomere hauptsächlich vom Substitutionsgrad des exocyclischen Amins abhängig war. Überraschenderweise fand beim Sulfontriazolin keine Isomerisierung zum Diazoamin statt, daher musste für die Darstellung der Sulfonylmethyl--aminopiperidine eine alternative Route über ein Ketosulfon beschritten werden. Die Synthese von Microconin begann mit der Desoxygenierung von L-Rhamnose durch die sog. Fischer-Zach-Reaktion. Das Rhamnal wurde in einer drei Stufen Eintopfreaktion erhalten und mittels Perlinhydrolyse in den offenkettigen Aldehyd umgewandelt. Die Aktivierung der Hydroxyfunktion als Mesylat resultierte in einer äußerst empfindlichen Verbindung, die nur durch Verwendung des Lindlar-Katalysators mit zufrieden stellenden Ergebnis zum aliphatischen Aldehyd reduziert werden konnte. Eine bimolekulare nucleophile Substitutionsreaktion lieferte bei der Azideinführung zur Schlüsselverbindung sowohl die benötigte funktionelle Gruppe als auch die benötigte Inversion der Konfiguration. Die Tandem HWE-[3+2]-Cycloadditions-Reaktion führte auch bei dem Sulfontriazolin in eine Sackgasse, weshalb wieder eine alternative Syntheseroute eingeschlagen werden musste. Ausgehend von derselben Schlüsselverbindung gelang dies durch eine zinnkatalysierte Umsetzung mit stabilisierten Diazomethan zum Ketosulfon. Der Aufbau des Piperidin-Heterocyclus konnte dann wieder über eine intramolekulare Imin-Bildung des intermediären Amins mit dem Keton erzielt werden. Die diastereoselektive Hydrierung verlief unter Wasserstoffaddition von der sterisch weniger gehinderten -Seite und Ausbildung des all cis Substitutionsmusters. Nach dem erfolgreichen Aufbau des Heterocyclus mussten noch die beiden Heteroatome methyliert werden. Dabei wurden die besten Ergebnisse am Ringstickstoff mit der reduktiven Aminierung erzielt. Bei der anschließenden Abspaltung der Acetylgruppe zeigte sich erstmals, dass das Substitutionsmuster am Piperidinring nicht konfigurationsstabil war, da neben dem erwarteten Alkohol auch das Diastereomer isoliert wurde. Die genaue Ursache für die Epimerisierung nach der N-Methylierung konnte nicht geklärt werden. Die Einführung des Methoxy-Substituenten am Grundkörper erfolgte über eine Williamsonschen Ethersynthese. Bei den Versuchen zur Kupplung des Grundkörpers mit der Seitenkette 2,4-Nonadienal erwies sich der Zusatz von HMPT als förderlich. Weiterhin konnte die Ausbeute an -Hydroxysulfonen durch das Erwärmen der Reaktionsmischung gesteigert werden. In den Folgeschritten der Julia-Olefinierung blieben die Versuche zur Ausbildung der dreifach ungesättigten Struktureinheit in der Seitenkette des isolierten Naturstoffs jedoch erfolglos. / The aim of this work was to establish and verify a route to differently substituted and easy modifiable -amino piperidines using the tandem reaction concept established in our work group. This concept should then be used for the total synthesis of Microconin (3), an alkaloid of Microcos paniculata. In the first step to -amino piperidines L-pyroglutamic acid was converted to its methyl ester according to a modified literature procedure. The reduction of the ester was followed by the activation of the alcohol as its tosylate. The incorporation of azide was achieved by nucleophilic substitution and the lactam moiety was protected using Boc2O and a catalytic amount of DMAP. Protection by an electron acceptor activates the lactam functional group so ring opening with methoxide occurred smoothly at room temperature to yield the azidoester without further purification. The amino function had to be blocked by introduction of a second protecting group, selective reduction in anhydrous ether employing DiBAl-H performed without surprise and resulted in the aldehyde as starting material for olefinations by Wittig type reactions. Several stabilised phosphonates were synthesised and reacted with the aldehyde in the HWE-reaction. The electron poor olefins underwent intramolecular azide cycloaddition building up the -amino piperidine scaffold in a sequence we call tandem Wittig-[3+2]-Cycloaddition. The primary triazoline formation is often diastereoselective whereas the reaction rate depends on the conjugated olefine substituent as well as on stereoelectronic effects caused by the vicinal azido functional group. The resulting configuration was determined by NMR-spectroscopy using analysis of coupling constants and NOESY-techniques. Asymmetric induction in the cycloaddition can be utilised in the piperidine heterocycle after basic triazolin/diazoamine isomerisation and subsequent hydrogenation of the diazo compound. Hydrogenation of the vinylogous urethanes, products of the Rhodium mediated extrusion of nitrogen, lead to a diastereomeric mixture, whereas the diastereomeric ratio depended mostly on the substitution grade of the exocyclic amine. Surprisingly, the isomerisation of sulphono triazoline to the corresponding diazo amin did not happen, so an alternative approach over a ketosulphone to the sulfonylmethyl -amino piperidines had to be found. The synthesis of micrconine started with the deoxygenation of L-rhamnose in a Fischer-Zach reaction. The rhamnal was synthesised in a three step one pot reaction and the ring was opened by Perlin hydrolysis to the aldehyde. Activation of the hydroxyl function as a mesylate resulted in a very unstable compound, witch could only be reduced to the aliphatic aldehyde with sufficient results using the Lindlar catalyst. A bimoleculare nucleophilic substitution reaction of mesylate by azide led to the key intermediate with the necessary inversion of configuration. The tandem Wittig-[3+2]-Cycloaddition led with the sulphon triazoline in a dead end road. Therefore, an alternative synthetic route had to be found again. Starting from the key intermediate, the solution was a tin catalysed reaction with stabilised diazomethane leading to the ketosulphone. The construction of the heterocyclic piperidine core could then be accomplished by an intramoleculare imine formation of the amine intermediate with the ketone. Addition of hydrogen in the diastereoselective hydrogenation took place from the less hindered  face and resulted in an all cis configuration of the molecule. After successful creation of the heterocyclic frame, both hetero atoms had to be methylated. Best results at the ring nitrogen gave reductive aminations. That the substitution pattern of the piperidine heterocycle was configurationally unstable was observed the first time at the following deacetylation by isolating the diastereomeric alcohol besides the desired. The exact reason for the epimerisation after N-methylation could not be evaluated. The last step to the heterocyclic scaffold was the introduction of the methoxy function by a variant of the Williamson ether synthesis. In the coupling reactions of the piperidine core with the side chain unit 2,4-nonadienal the addition of HMPA proofed to be very effective. The yield of -hydroxysulphones could be further improved by slowly warming of the reaction mixture to room temperature. The following steps of the Julia-Olefination to build up the olefinic substructure in the side chain of the isolated natural compound remained without success.

Ziel dieser Arbeit war es die Tandem-Wittig-1,3-dipolare Cycloaddition auf a-Hydroxyurethanderivate zu übertragen und so chirale, nichtracemische b-Amino-piperidylacetatderivaten in möglichst hoher Diastereomerenreinheit darzustellen. Diese Aminopiperidinderivate sollten mit 5-Chloro-2-methoxy-4-methylamino-benzoesäure gekoppelt werden, um die pharmakologische Wirksamkeit zu testen. Als Ausgangssubstanz wurde L-Pyroglutaminsäure (59) verwendet. Über eine dreistufige literaturbekannte Synthese wurden die beiden Halogenpyrrolidinon-derivate 62 und 63 hergestellt. Diese wurden über SN2-Reaktionen mit Natriumazid zu dem Azidopyrrolidinon 64 umgesetzt und durch die Einführung einer Boc-Schutzgruppe in die Verbindung 65 überführt. Die Hydroxyurethanderivate 66 erhält man auf zwei unterschiedlichen Wegen. Zum einen auf dem direkten Weg über eine DiBAl-H-Reduktion von 65 und zum anderen über eine Ringöffnung von 65 mit Natriummethanolat zu 68 und anschließender DiBAl-H-Reduktion. Mit 66 wurden das erste Mal a-Hydroxyurethanderivate einer Tandem Wittig 1,3-dipolaren Cycloaddition unterworfen. Man erhielt unter Essigsäurekatalyse ein Produktgemisch aus dem a,b-ungesättigten Ester 74, dem Triazolin 75 und dem Diazoester 76. Der isolierte a,b-ungesättigte Ester 74 konnte teilweise unter Essigsäaurekatalyse erneut zu den Cycloadditionsprodukten umgesetzt werden. Die Gleichgewichtseinstellung zwischen dem Triazolin 75 und dem Diazoester 76 konnte mit Triethylamin zugunsten des Diazoesters 76 verändert werden. Die Wittigreaktion verläuft unter thermodynamischer Kontrolle stereoselektiv zum E-konfigurierten a,b-ungesättigtem Ester 74. Auch die 1,3-dipolare Cycloaddition verläuft in einem äußerst hohem Maße diastereoselektiv. Durch 1H-NMR-spektroskopische Untersuchungen konnte man die Konfiguration der Cycloadditionsprodukte mit trans bestimmen. Eine Erklärung für die Stereoselektivität der 1,3-dipolaren Cycloaddition liefert die Betrachtung der sterischen und elektronischen Eigenschaften zweier hypothetischer sesselförmiger Konformere des a,b-ungesättigten Esters 74. Über eine katalytische Hydrierung des Diazoesters 76 konnte man einen sehr guten Zugang zu den trans-konfigurierten Piperidylacetaten 2R-78 etablieren. Das andere Diastereomer 2S-78 sollte nach Stickstoffextrusion aus 76 durch diastereoselektive Hydrierung des vinylogen Urethans 80 erhalten werden. Überraschenderweise entstand auch hier 2R-78 als Hauptprodukt. 2S-78 konnte nur als Nebenprodukt isoliert werden. Über eine reduktive Aminierung konnte man eine Methylgruppe am Ringstickstoff von 2R-78 bzw. 2S-78 einführen und erhielt 2R-81 bzw. 2S-81. Mit Moc2O konnte man die beiden Diastereomere 2R-78 und 2S-78 in die geschützten Piperidinderivate 2R-82 und 2S-82 überführen. Die Moc-geschützte Verbindung 2R-82 erhielt man außerdem über eine Synthese des Moc-geschützten Diazoesters 83 und anschließender katalytischen Hydrierung. Nach Abspalten der Boc-Schutzgruppe durch eine Umsetzung der Piperidine 2R-81 bzw. 2S-81 mit methanolischer Salzsäure konnte man die Dihydrochloride 2R-87 bzw. 2S-87 isolieren. Die freien Amine 2R-88 bzw. 2S-88 erhielt man nach Ausschütteln mit gesättigter Natriumcarbonatlösung. Die Piperidylacetate 2R-88 und 2S-88 konnten mit dem Benzoesäurederivat 79 über eine Amidkopplung verbunden werden. Diese Synthese war sowohl über den von GMEINER benutzten Weg, als auch über die Methode von MOHAPATRA und DATTA erfolgreich. Mit 2R-94 und 2S-94 konnten die ersten Nemonaprid-Analoga, die ein a-Aminopiperidingrundgerüst enthalten, dargestellt werden (Schema 47 und Schema 48). Das Piperidylacetat 2R-88 konnte man mit Lithiumaluminiumhydrid zu dem Piperidylethanol 99 umsetzten. / The goal of this studies was to apply the tandem-Wittig-1,3-dipolar cycloaddition to cyclic acceptor substituted a-hydroxyurethanes. Chiral, non racemic 2-alkyl-5-aminopiperidines should be accessible in high diastereomeric excess by using this reaction. The a-aminopiperidine derivatives should be reacted with 5-chloro-2-methoxy-4-methylaminobenzoic acid to the amides and the pharmacological activities of the achieved compounds should be tested. L-pyroglutamic acid was used as a starting material. The synthesis of the key intermediate 66 starts with a three step reaction sequence to the halogenopyrrolidine derivatives 62 and 63. The introduction of azide functionality by nucleophilic substitution to the azidopyrrolidine derivative 64 followed by the protection of the amide group with Boc2O yielded 65. The hydroxyurethane derivative 66 was obtained in two different ways, namely directly by using a DiBAl-H reducing of 65 and on the other hand by ring opening reaction of 65 with sodium methoxide to 68 followed by a DiBAl-H reduction. For the first time the a-hydroxyurethanes 66 as starting material for the tandem-Wittig-1,3-dipolar cycloaddition reaction was applied. A product mixture of the a,b-unsaturated azido ester 74, the triazoline 75 and the diazo ester 76 was achieved by using acetic acid as a catalyst. A mixture of the cycloaddition products could be obtained again by treatment of the isolated a,b-unsaturated azido ester 74 with acetic acid. Rearrangement of the triazoline 75 to the corresponding diazo ester 76 was achieved by addition of triethylamine. Only the E-configurated compound 74 was obtained. This leads to the conclusion that the Wittig reaction is under thermodynamic control. The cycloaddition shows excellent diastereoselectivity. By using 1H-NMR-spectroscopy the trans-configurated cycloaddition product as the single isomer were determined. An explanation for the diastereoselectivity of the 1,3-dipolar cycloaddition is given by a consideration of the steric and electronic properties of two open chain products namely the a,b-unsaturated azido ester 74. An efficient synthetic pathway to the piperidine derivative 2R-78 was established by catalytic hydrogenation of the diazo ester 76. The other diastereomer should be obtained by Rh-mediated extrusion of nitrogen and distereoselective hydrogenation of the vinylogous urethane 80. To our surprise the piperidine derivative 2R-78 was the main product. 2S-78 could only be obtained as the minor stereoisomer. A reductive amination was the most efficient way to introduce a methyl group to the ring nitrogen atom. Introducing Moc2O lead to the protected piperidine derivatives 2R-82 and 2S-82. The protected piperidine derivative 2R-78 was also obtained by the synthesis of the Moc-protected diazo ester 83 and following hydrogenation. After cleavage of the Boc-protecting groups with methanolic hydrogen chloride the dihydrochlorides 2R-87 and 2S-87 were obtained. The free amines 2R-88 and 2S-88 could be coupled with the benzoic acid derivate 79 by using different coupling methods e.g. the method of MOHAPATRA and DATTA. For the first time with 2R-94 and 2S-94 Nemonaprid analogous, which include a ƒÒ-aminopiperidine structure, were obtained.

Thesis advisor: Marc L. Snapper / Intramolecular cycloadditions of cyclobutadiene provide rapid access to rigid polycyclic systems with high strain energies and unique molecular geometries. Further functionalization of these systems followed by strain-release fragmentation provides great opportunities to construct fused-medium-ring architecture, which are very common in natural products but challenging to achieve efficiently. An intermolecular cyclopropanation/acid-mediated rearrangement strategy has been previously developed to access the 5-7 bicyclic ring systems in a highly stereospecific manner. The application of this strategy is being studied for the synthesis of a biologically interesting guaiane natural product: torilin. In a complementary fashion, an intramolecular cyclopropanation/thermal rearrangement sequence is developed to access two different molecular frameworks of 5-7-5 tricyclic ring systems. A library of functionalized 5-7-5 tricyclic ring systems can be systematically built up from the same starting material for potential future use in high-throughput screening. / Thesis (PhD) — Boston College, 2012. / Submitted to: Boston College. Graduate School of Arts and Sciences. / Discipline: Chemistry.

Entre os diferentes tipos de substratos diazocarbonílicos encontrados na literatura, as diazocetonas α,β-insaturadas têm mostrado promissoras aplicações como intermediários multifuncionais. Este trabalho de tese foi dividido em três capítulos e visou expandir as aplicações das diazocetonas α,β-insaturadas em química e bioquímica. No primeiro capítulo, as diazocetonas foram apresentadas como plataformas para a síntese direta de amidas e ésteres β,γ-insaturados via Rearranjo de Wolff. Quando diazocetonas derivadas de amino-aldeídos foram utilizadas, isósteros peptídicos foram obtidos como demonstrado na síntese rápida e eficiente do nitróxido JP4-039. No mesmo capítulo, um estudo aprofundado comprovando a eficiência de diferentes lâmpadas comerciais (CFL e LED) para promover o Rearranjo de Wolff é apresentado, representando uma alternativa sustentável. O segundo capítulo é voltado a expansão da química das diazocetonas insaturadas para o estudo de reações de cicloadição [2+2] e [4+2]. Foi demonstrado o preparo dos ésteres precursores para reações de cicloadições via rearranjo de Wolff na presença de álcoois alílicos e as tentativas que culimaram na síntese de um cicloaduto de Diels-Alder. O capítulo 3 foi dedicado ao emprego das diazocetonas α,β-insaturadas para a modificação química específica de proteínas. As diazocetonas foram aplicadas com sucesso para este fim, assim como inspiraram o desenvolvimento de um novo método promissor de bioconjugacão seletiva para cisteínas. / Among the various types of diazocarbonyl substrates found in the literature, α,β-unsaturated diazoketones have shown a number of promising applications as multifunctional intermediates. This thesis is divided into three chapters, aimed at expanding the reactivity of such α,β-unsaturated diazoketones for synthetic chemistry and chemical biology applications. In the first chapter, diazoketones are presented as platforms for the direct synthesis of β,γ-unsaturated amides and esters via a Wolff rearrangement reaction. When diazoketones derived from amino-aldehyde are substrates, peptidic isosters are obtained, as demonstrated in the efficient synthesis of the nitroxide drug, JP4-039. In the same chapter, a study demonstrating the efficiency of several commercial light sources (CFL and LED) to promote the Wolff rearrangement was described, representing a sustainable alternative to UV lamps for this interesting reaction. The second chapter sought to expand the chemistry of unsaturated diazoketones for the study of [2 + 2] and [4 + 2] cycloaddition reactions. The preparation of the precursor esters for cycloaddition reaction was demonstrated by the Wolff rearrangement of precursors in the presence of allylic alcohols, and the attempt then culminated in the synthesis of a Diels-Alder cycloadduct. Chapter 3 was devoted to the use of α,β-unsaturated diazoketones for the site-specific chemical modification of proteins. These have been successfully demonstrated for this purpose, as well as inspiring the development of a promising new method for selective bioconjugation of cysteines.

The present thesis will be largely focused on identifying and understanding the scope and mechanistic details associated with the tetrabutylammonium fluoride (TBAF) mediated cyclization of alkynyl hydrazines and (O)-hydroxylamines. Also, the synthesis of 2-(2-carboxyethyl)-4-methyl-5-propylfuran-3-carboxylic acid (CMPF) and its analogs will be discussed along with an analysis of their effects on insulin secretion. Chapter 1 will present the importance of developing isoxazoline and pyrazoline type heterocycles given that they are continually demonstrated to possess a variety of biological activities. Further, the scope of the reaction in terms of functional group tolerability, scalability and mild conditions will be shown. To expand the importance of this work, a route to access non-racemic heterocycles is also noted. With the heterocycles in hand, new methods were developed to generate more complex frameworks in the form of a novel one pot deprotection/functionalization reaction. Chapter 2 will focus on mechanistic investigations of the cyclization. From the initial discovery of the reaction, its actual mechanism was unknown and a main point of interest. What appeared unusual is that a nucleophilic attack occurs on an unactivated triple bond. Given the identity of the products, a reasonable proposal was a 5-endo-dig type cyclization. However, such a pathway would result in the generation of a vinyl anion intermediate which is well known to be of very high energy and it would seem unlikely to occur under mild conditions. Various trapping experiments were used to demonstrate that the vinyl anion forms and a 5-endo-dig-cyclization is the operative mechanism. Chapter 3 analyzes the importance of the tetrabutylammonium fluoride reagent. During optimization studies, it became clear that this base is the ideal reagent to facilitate the cyclization although other bases can also enable the transformation at much slower rates. Addition of non-basic ammonium salt additives to bases such as KF and CsF had a dramatic effect on the rate of the reaction. To determine whether the observed rate differences were merely a phase transfer effect or something more, both empirical and Raman spectroscopy data were collected. Based on this, the first evidence for an ammonium-alkyne cation-pi type interaction was shown. Chapter 4 will summarize the work on the synthesis of 2-(2-carboxyethyl)-4-methyl-5-propylfuran-3-carboxylic acid (CMPF) and its analogs in order to be used in various biological assays. The main goals were to determine a possible structure activity relationship between the substrates and insulin secretion in beta cells and also determine the fate of CMPF in vivo. Several 13C labeled analogs of CMPF were synthesized and successfully used to show for the first time that CMPF in metabolized in vivo in mice. / Includes bibliography. / Dissertation (Ph.D.)--Florida Atlantic University, 2017. / FAU Electronic Theses and Dissertations Collection