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.

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.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:36:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 5235.pdf: 10166776 bytes, checksum: b87e8fe3bd8a3dcdf010e3da1c7b75c2 (MD5) Previous issue date: 2013-03-25 / Universidade Federal de Sao Carlos / In this work, we studied the structural transformation of methylpheophorbide a (2), a derivative of chlorophyll a (1) that was extracted from seaweed Spirulina maxima. The main propose of the study was to obtain compounds with low aggregation and appropriate photophysical characteristics for applications in Photodynamic Therapy (PDT). In this way, we prompted to transform chlorin type derivatives into the corresponding bacteriochlorins using cycloaddition reaction approaches. The use of chlorophyll a (1) was mainly motivated by its availability and low cost. In addition, this compound has been a focus of study in our research group. Therefore, it was initially developed a method of extracting/processing chlorophyll a which directly provided compound 2 (Scheme 1). In this process we used an extraction/transesterification one-pot method using an acid solution of methanol and chlorin 2 was obtained in 0.8% yield from dried seaweed. Compound 3 was obtained from 2 (77%) and then hydrogenated to give 4 (80%). The chlorophyll derivative 4 was used as starting material in order to prepare the desired bacteriochlorin via cycloaddition methodology (Scheme 2). Scheme 1. Functionalization reactions of chlorophyll a. i, ii, iii, iv, v, vi) extracting/processing one-pot reaction of compound 2 from the seaweed Spirulina maxima dehydrated in the presence of MeOH/H2SO4 5% (v/v) for 24h 0.8% . vii) MeONa / MeOH, r.t., 8h, 77%; viii) H2, 1 atm, Pd/C, 80%. Several azomethine and nitrile oxide dipoles were tested in the 1,3- dipolar cycloaddition reactions. Nevertheless, none of the studied conditions provided the desired cycloaddition adduct (bacteriochlorin). In some cases, decarboxylation by-products or total/partial substrate 4 degradation was observed. Scheme 2. Synthesis of new bacteriochlorins. An alternative method for the synthesis of bacteriochlorins using a cycloaddition approach was designed starting from the vinyl-chlorin 13 and Nphenylmaleimide (15) (Scheme 3). The synthesis of compound 13 was accomplished starting from compound 4 by dihydroxylation reaction with OsO4 (67%) followed by double dehydration in 1,2-dichlorobenzene (30%). The most promising results from cycloaddition reaction were obtained with 13 and 15 with yields around 47% (75:25 ratio of diastereoisomers determined by 1H-NMR spectroscopy). Scheme 3. Synthesis of new bacteriochlorins. The synthesized compounds were characterized by 1D and 2D NMR and UV-vis spectroscopy, infra-red and mass spectrometry. Some preliminary photophysical studies, such as photobleaching, were also conducted in order to qualify bacteriochlorin compound 14 as a potential photosensitizer. Moreover, aggregation studies by UV-vis were performed, which confirmed the low aggregation of the obtained bacteriochlorins. / Neste trabalho foram realizados estudos de modificações estruturais no metil-feoforbídeo a (2), um derivado da clorofila a (1) extraída da alga Spirulina maxima. O objetivo principal foi obter compostos de baixa agregação e com características fotofísicas adequadas para aplicações em Terapia Fotodinâmica (PDT), buscando, por exemplo, transformar os derivados do tipo clorina em bacterioclorinas a partir de reações de cicloadição. O uso da clorofila a (1) foi motivado pela disponibilidade, baixo custo e por fazer parte de vários estudos de nosso grupo de pesquisa. Assim, inicialmente foi desenvolvido um método de extração/transformação da clorofila a fornecendo diretamente o composto 2 (Esquema 1). Neste processo foi empregada uma extração/transesterificação one-pot de 1, em uma solução ácida de metanol. Os rendimentos deste processo estiveram em torno de 0,8% a partir da alga desidratada. Em seguida, o composto 2 foi transformado em 3 (77%) e posteriormente hidrogenado para fornecer 4 (80%). Após a preparação de 4 foram iniciados alguns estudos de cicloadição visando preparar um derivado do tipo bacterioclorina (Esquema 2). Esquema 1. Reações de funcionalização do pigmento natural clorofila a. i, ii, iii, iv, v, vi) extração/transformação one-pot do composto 2 da reação da alga Spirulina maxima desidratada na presença de MeOH/H2SO4 5% (v/v) por 24h, 0,8% . vii) MeONa/MeOH, t.a., 8h, 77%; viii) H2, 1 atm, Pd/C, 80%.Para as reações de cicloadição 1,3-dipolar propostas, foram testados alguns dipolos do tipo azometino e óxido de nitrilo. Vários dos estudos realizados não forneceram os produtos de cicloadição desejados (bacterioclorina). Em algumas situações foram obtidos subprodutos de descarboxilação ou foi verificada degradação total/parcial do substrato 4. Esquema 2. Síntese de novas bacterioclorinas. Uma segunda abordagem visando à síntese de bacterioclorinas a partir de cicloadições foi delineada partindo-se da vinil-clorina 13 realizando-se uma reação de Diels-Alder com a N-fenilmaleimida (15) (Esquema 3). A síntese do composto 13 foi realizada a partir do composto 4 pela reação de bis-hidroxilação com OsO4 (67%) seguido da dupla desidratação em 1,2 diclorobenzeno (30%). Os melhores resultados da reação de cicloadição entre 13 e 15, apresentaram rendimentos na ordem de 47% (proporção aproximada de 75:25 dos diastereoisômeros determinada por RMN de 1H). Esquema 3. Síntese de novas bacterioclorinas. Os compostos sintetizados neste trabalho foram caracterizados utilizando-se técnicas de espectroscopia de RMN 1D e 2D, espectroscopia na região do UV-vis, espectroscopia na região do infravermelho e espectrometria de massas. Ao longo das abordagens sintéticas foram realizados alguns estudos fotofísicos preliminares, como photobleaching, de modo a qualificar a bacterioclorina 14 enquanto potencial fotossensibilizador. Também foi realizado estudo de agregação por UV-vis no qual se confirmou a baixa agregação das bacterioclorinas obtidas.