In this thesis, carbohydrate mimicry is investigated through the syntheses of carbohydrate analogues and evaluation of their inhibitory effects on carbohydrate-processing enzymes. Galactofuranosides are interesting structures because they are common motifs in pathogenic microorganisms but not found in mammals. M.tuberculosis, responsible for the disease tuberculosis, has a cell wall containing a repeating unit of alternating (1→5)- and (1→6)-linked β-D-galactofuranosyl residues. Synthetic inhibitors of the enzymes involved in the biosynthesis of the cell wall could find great therapeutic use. The first part of this thesis describes the first synthesis of the hydrolytically stable carbasugar analogue of galactofuranose, 4a-carba-β-D-Galf, and the synthetic work of synthesising β-linked pseudodisaccharides containing carba-Galf, which were tested for glycosyltransferease inhibitory activity. The pseudodisaccharide carba-Galf-(β1→5)-carba-Galf was found to be a moderate inhibitor of the glycosyltransferase GlfT2 of M.tuberculosis. The thesis also describes how a general method towards biologically relevant α-linked carba-Galf ethers was developed. The final part of this thesis is focussed on the formation of nitrogen-linked monosaccharides without the participation of the anomeric centre. Such a mode of coupling is called tail-to-tail neodisaccharide formation. The couplings of carbohydrate derivatives via the Mitsunobu reaction are successfully reported herein. The method describes the key introduction of an allylic alcohol in the electrophile and the subsequent functionalisation of the alkene to obtain the neodisaccharide. Two synthesised neodisaccharides presented in this thesis have been sent to be tested for glycosidase inhibitory activity. / At the time of the doctoral defense, the following papers were unpublished and had a status as follows: Paper 3: Manuscript. Paper 4: Manuscript. Paper 5: Manuscript. Paper 6: Manuscript.

Une série de peptides présentant un ou deux motifs hydroxamate a été synthétisée, l'étape clé étant la N-acylation sélective de N-hydroxy-dipeptides terminaux. L'atome d'oxygène du groupe hydroxyle peut servir de point d'ancrage pour une autre chaîne et donne ainsi accès à de nouveaux pseudopeptides. D'une part, l'acylation de N-hydroxy-peptides a été réalisée dans différentes conditions permettant l'introduction de groupements variés, en particulier des acides aminés. Il est possible d'allonger ces N-acyloxy-peptides dans toutes les directions, même si dans certains cas des réarrangements intéressants peuvent avoir lieu. D'autre part, une réaction d'alkylation dans les conditions de Mitsunobu a permis de greffer des groupements allyle et homoallyle sur des N-hydroxy-tripeptides, conduisant notamment à la préparation d'un hexapeptide bis insaturé qui peut être cyclisé via une réaction de métathèse.

Récemment, de nombreux efforts ont été consacrés au développement d'oligonucléotides synthétiques pour des applications thérapeutiques et de diagnostique variées. Les oligonucléotides modifiés peuvent inhiber sélectivement l'expression des gènes en se liant spécifiquement à des séquences d'ADN et/ou d'ARN ciblées à travers les stratégies antigène, antisens ou d'ARN interférent. Les aminoxy peptides forment facilement des structures secondaires bien définies comme des alpha-, béta-, gamma-turns ou des hélices, ce qui nous a inspiré pour concevoir de nouveaux oligonucléotides modifiés dans le but d'étudier leurs propriétés physico-chimiques et biologiques. Au cours de ce travail, la synthèse de nucléosides aminoxy acides et de leurs oligomères a été entreprise en séries ribose et désoxyribose. Dans la première partie, les fonctions aminoxyle, acide carboxylique et aldéhyde ont été introduites sur la partie osidique de la thymidine. Différents nucléosides monofonctionnalisés ont été synthétisés à l'aide notamment des réactions de Mitsunobu, d'O-allylation et d'oxydation. Les nucléosides monomères ont ensuite été couplés entre eux conduisant aux nouveaux dinucléosides liés par liaison N-oxy amide, oxime et aminoxy. Dans la seconde partie, la synthèse de différentes uridines aminoxy acides a été étudiée à partir de l'uridine, des 2,2'-anhydro et 2,3'-anhydro uridines. Une uridine aminoxy ester a pu être obtenue en passant par la 3'-oxo uridine via une homologation (réaction de Wittig) et l'introduction de la fonction oxyamine en position 5' par une substitution nucléophile du dérivé iodé. En parallèle, dans la continuité des travaux réalisés au laboratoire sur la synthèse des glycoamino acides, nous avons synthétisé des C-glycosyl aminoxy acides jamais décrits dans la littérature, dans le but de générer de nouveaux mimes de glycopeptides. A partir du C-allyl glucopyranoside perbenzylé, deux C-glucosyl aminoxy acides diastéréoisomères ont été préparés.

<p>U radu je ostvarena enantiodivergentna totalna sinteza oba enantiomera goniofufurona, 7-epi-goniofufurona i krasalaktona C polazeći iz D-glukoze. Ključne faze u sintezi 7-epi-(+)-goniofufurona bile su stereoselektivna adicija fenilmagnezijum bromida na aldehidnu grupu pogodno za&scaron;tićene dialdoze, i stereospecifično formiranje furano-laktonskog prstena ciklokondenzacijom odabranog hemiacetalnog derivata sa Meldrum-ovom kiselinom. Sinteza (+)-goniofufurona i (+)-krasalaktona C zahtevala je inverziju konfiguracije na C-5<br />u zajedničkom intermedijeru, koja je efikasno ostvarena u uslovima Mitsunobu-ove reakcije, ili alternativno oksidacijom benzilne hidroksilne grupe u prohiralni keton, uz naknadnu stereoselektivnu redukcijom sa borohidridom. Sličan pristup je zatim primenjen za sintezu neprirodnih (&minus;)-enantiomera goniofufurona, 7-epi-goniofufurona i krasalaktona C, dva nova konformaciono ograničena analoga (+)- i (&minus;)-goniofufurona (oksetani 36 i ent-36), kao i odgovarajućih 7-deoksigenovanih derivata (31 i ent-31). Takodje je razvijena i prva totalna sinteza prirodnog (+)-krasalaktona B (3) i alternativna sinteza (+)-krasalaktona C (4) polazeći iz D-glukoze. Selektivni pristup molekulima 3, odnosno 4 omogućen je promenom uslova za TBDPS deprotekciju u finalnom intermedijeru 53. Osnovna karakteristika pomenutih pristupa je njihova generalnost i fleksibilnost. Na taj način je omogućena sinteza serije analoga i derivata (+)-goniofufurona, ili 7-epi-goniofufurona, uključujući i do sada nepoznate 7-epi-(+)-krasalaktone B (6) i C (7), 5,7-di-O-cinamoil derivate 8 i 9, 5,7-di-O-izopropilidenske derivate 5 i 10, kao i vi&scaron;e lipofilnih derivata (jedinjenja 26, 30, 33, 65, ent-30 i ent-33). Konačno, u drugom delu rada, ispitan je uticaj sintetizovanih stiril-laktona na rast odabranih tumorskih ćelijskih linija in vitro.</p> / <p> Enantiodivergent total syntheses of both (+)- and (&minus;)-enantiomers of goniofufurone, 7-epi-goniofufurone and crassalactone C have been accomplished starting from D-glucose. The key steps of the synthe-sis of 7-epi-(+)-goniofufurone were a stereo-selective addition of&nbsp;<br /> phenyl magnesium bromide to a protected dialdose, followed by a stereospecific furano-lactone ring formation by condensation of a partially protected lactole with Meldrum&rsquo;s acid. The synthesis of (+)-goniofufurone and (+)-crassalactone C required a configurational inversion at C-5 in the common intermediate that was efficiently achieved under the standard Mitsunobu conditions, or alternatively through a sequential oxidation of the benzylic hydroxyl group followed by a stereo-selective reduction with borohydride. A similar approach was applied to the synthesis of the unnatural enantiomers of goniofufurone, 7-epi-goniofufurone and crassalactone C, two novel, conformationally constrained analogues of both (+)- and (&minus;)-goniofufurone (oxetanes 34 and ent-34). as well as the corresponding 7-deoxygenated derivatives (31 and ent-31). We have also developed the first total synthesis of (+)-crassalactone B (2) and an alternative synthesis of (+)-crassalactone C (3) starting from D-glucose. Finally, the synthesized styryl-lactones were evaluated for their antiproliferative activity against a panel of human tumor cell lines.</p>

Les accouchements prématurés restent un défi pour la médecine moderne. Malgré les efforts de préventions déployés, les taux de naissances prématurés sont en constante augmentation dans les pays industrialisés. Le récepteur interleukine-1 (IL-1R) a été étudié dans le but de développer des agents thérapeutiques pouvant prolonger la gestation et mener à des prognostiques néonataux. Dans cette optique, il y a été démontré que le peptide 101.10 possède a démontré une capacité à moduler le récepteur IL-1R, retarder les accouchements prématurés et réduire l’incidence de la rétinopathie prématurée par un mécanisme allostérique impliquant une signalisation biaisée. Dans le but d’étudier la conformation active du peptide 101.10 et d’en améliorer l’activité, nous avons développé une méthode pour introduire des α-amino γ-lactames β-substituées dans des séquences peptidiques. Appliquer cette stratégie au peptide 101.10 a permis d’améliorer la compréhension de la relation structure-activité pour la modulation allostérique du récepteur IL-1R. Les composés peptidomimétiques ont le potentiel de mimer la conformation et l’activité des peptides bioactifs. Ils offrent le potentiel d’améliorer la reconnaissance moléculaire, d’optimiser le transport à travers des différentes membranes biologiques et d’augmenter la résistance métabolique. Parmi les différentes classes de composés peptidomimétiques, les α-amino γ-lactames (Agl) permet de rigidifier par des liens covalents la chaine peptidique principale favorisant les structures secondaires de type tour β. Les analogues Agl β-substituées mimer et rigidifier la chaine latérale des acides aminés. Cette thèse introduit des méthodes efficaces pour la synthèse stéréocontrolée des résidus α-amino γ-lactames β-substituées possédant diverses fonctionnalités. L’introduction de ces résidus dans différents peptides bioactifs a été effectuée pour étudier leur relation structure-activité. En utilisant le peptide modulateur du récepteur IL-1R 101.10 comme peptide représentatif, la présente recherche a permis d’identifier de nouveaux agents tocolytiques qui peuvent prolonger la gestation et améliorer le pronostique néonatal. Dans le chapitre 2, des stéréo-isomères de (Agl) et β-hydroxy-α-amino-γ-lactam (Hgl) ont été utilisés pour étudier l’influence de la configuration du groupement hydroxyle sur la conformation et l’activité du peptide 101.10. L’orientation de ce groupement dans les peptides Agl et Hgl s’est avéré avoir une influence conformationnelle et sur l’activité. La spectroscopie par dichroïsme circulaire (CD) a illustré la propension de certains analogues, comme le [(3R,4S)-Hgl3]-101.10, à adopter des tours β. Les analogues Agl et Hgl ont été examinés dans une série d’essais in vitro et in vivo modélisant les accouchements prématurés. Dépendant de leur structure et configuration, les analogues lactames ont démontré une sélectivité fonctionnelle différente dans diverse processus biologiques, démontrant les particularités de divers phénotypes. Par exemple, l’inhibition des JNK et ROCK kinases s’est avérée importante respectivement dans leurs effets tocolytiques et dans la diminution de la vaso-oblitération. Notamment, parmi les douze analogues testés, [(3R,4S)-Hgl3]-101.10 s’est avéré démontrer la même activité in vitro et in vitro que le peptide parent. Dans le chapitre 3, des méthodes de déplacement du groupement hydroxyle des résidus Hgl ont permis l’introduction stéréosélective de substituent en position β des résidus Agl. Une combinaison de réaction de Mitsunobu sur les résidus trans Hgl et une ouverture nucléophile les sulfamidates cycliques dérivés des lactames cis, ont mené à l’obtention de mime rigidifiés de résidus Ser, Thr, Cys, Dap, Dab, His et Met. Dans le chapitre 4, différentes lactames β-substitués ont été introduits dans la séquence du peptide 101.10 par une combinaison de chimie en solution et sur support solide pour étudier d’avantage les éléments structurels nécessaire pour réguler l’activité et la signalisation de cette cytokine clef dans la médiation de l’inflammation. Considérant l’activité de l’analogue [(3R,4S)-Hgl3]-101.10, plusieurs analogues β-substitués possédant une orientation similaire pour la chaine principale et latérale ont été synthétisés. Certains analogues ont démontré une activité biologique prometteuse dans des modèles de rétinopathie et seront étudiés dans le futur. En conclusion, des méthodes de synthèse d’α-amino-γ-lactames et de leur contrepartie β-substitués et leur introduction dans des peptides d’intérêt pour étudier leur relation structure-activité ont été développés. En utilisant ces méthodologies sur le modulateur allostérique du récepteur IL-1R 101.10, le conformère actif in vivo responsable de l’activité tocolytique et protectrice contre la rétinopathie associée aux accouchements prématures ont été identifiés. Considérant l’utilité de la synthèse de lactames pour le développement d’agents susceptibles de prolonger la gestation et d’améliorer le prognostique associé aux accouchements prématurés, cette thèse a permis la conception de prototypes de médicaments pour traiter les accouchements prématurés ainsi que l’évaluation des contraintes structurelles pertinentes pour la biologie des peptides. / Preterm birth (PTB) is an unmet biomedical need. Despite efforts to counter the onset of preterm labor, the rate of premature birth has increased steadily in developed countries. The interleukin-1 receptor (IL-1R) has been pursued as a target for designing agents which can prolong labor and improve neonatal outcomes. Towards these goals, a lead peptide 101.10 had been shown to modulate the IL-1R, to delay PTB and to mitigate associated retinopathy of prematurity (ROP) by an allosteric mechanism featuring biased signaling. With the goals of understanding the active conformers and improving the activity of 101.10, methods were conceived for the synthesis and introduction of β-substituted α-amino γ-lactams into peptides. Applying such methods on 101.10 has provided insight into the structure-activity relationships required for allosteric modulation of the IL-1R. Peptidomimetics are promising structures that replicate peptide function and conformation. They offer the potential to improve molecular-recognition, to enhance transport across biological membranes, and to resist metabolism. Among peptidomimetic classes, α-amino γ-lactam (Agl) residues introduce covalent constraint to rigidify the peptide backbone and have been employed to favor turn secondary structures. β-Substituted Agl analogs offer additional potential to mimic and restrict peptide side-chain geometry. This thesis introduces effective methods for the stereo-controlled synthesis of β-substituted α-amino γ-lactams residues having various side chain functionality. Introduction of the parent Agl residue and β-substituted counterparts into biologically active peptides has been explored to study structure-activity relationships. Employing the IL-1R modulator 101.10 as a representative peptide, the described research has furnished novel labor delaying agents that can improve neonatal outcomes. In chapter 2, α-amino-γ-lactam (Agl) and β-hydroxy-α-amino-γ-lactam (Hgl) stereoisomers were employed to study the influence of configuration and hydroxyl group side chain on conformation and activity of the interleukin-1 receptor modulator peptide 101.10. The configuration and hydroxyl group side chain influenced the conformation and biological activity of Agl and Hgl-101.10 analogs. Circular dichroism (CD) spectroscopy illustrated β-turn conformers for specific analogs, such as [(3R,4S)-Hgl3]-101.10. The Agl and Hgl analogs were examined in a series of in vitro assays and in vivo models of PTB. Contingent on their structure vi and configuration, the lactam analogs exhibited different functional selectivity in the various biological pathways, and indicated the requirement for specific phenotypes. For example, inhibition of the JNK and ROCK kinase pathways were respectively shown to be important for delaying labor and diminishing vaso-obliteration in the PTB and ROP models. Notably, among the twelve analogs, [(3R,4S)-Hgl3]-101.10 was found to exhibit identical in vitro and in vivo activity as the parent peptide. In chapter 3, methods were developed for displacement of the β-hydroxy-α-amino-γ-lactam (Hgl) residue alcohol to introduce stereo-selectively different β-substituents on Agl residues. A combination of Mitsunobu chemistry on the trans Hgl residue, and nucleophilic ring opening of the cyclic sulfamidate derived from the cis lactam counterpart provided constrained mimics of Ser, Thr, Cys, Dap, Dab, His and Met residues. In chapter 4, various β-substituted lactams were introduced into the sequence of 101.10 by combination of solution and solid phases chemistry to further study the structural requirements for regulating the activity and signaling of this key cytokine mediator of inflammasome activation. Considering the activity of [(3R,4S)-Hgl3]-101.10, the β-substituted Agl analogs were synthesized possessing similar backbone and side chain configurations. Certain analogs exhibited promising biological activity in the ROP model meriting further study. In sum, methods were conceived for the synthesis and application of α-amino-γ-lactams and their β-substituted analogs to study peptide structure-activity relationships. Employing this chemistry on the IL-1R allosteric modulator 101.10 has identified the active conformer and in vitro activity responsible for ability to delay labor and mitigate retinopathy of prematurity. Considering the utility of the lactam synthesis methods for the development of improved agents for delaying labor and improving neonatal outcomes, this thesis has conceived useful prototypes for drugs to treat PTB, as well as useful methods for dissecting the structural requirements for peptide chemical biology.

Due to their outstanding properties, poly(arylene ethers) are useful as toughness modifiers in epoxy resins (EP). Furthermore, these polymers show rather low intrinsic fire risks. According to recent research it has been incorporated that poly(arylene ether phosphine oxides) [PAEPO’s] can further improve the fire behavior. Increasing phosphorous content of the PAEPO can influence the fire behavior too. Fire retardants containing phosphorus – regardless of whether an additive or reactive approach is used – show different mechanisms in the condensed and gas phase. In the present study PSU Control (BPA based polysulfone) with four different PAEPO’s and their corresponding blends with an EP were investigated. All poly(arylene ether phosphine oxides) were synthesized by nucleophilic aromatic polycondensation. The polymers obtained covered a wide range of weight average molar masses (6,000 – 150,000 g/mol) as determined by size exclusion chromatography with multi-angle light scattering detection (MALLS). FTIR, NMR spectroscopy and MALDI-TOF revealed formation of the desired polymer structure of the linear poly(arylene ethers). All polymers were easily soluble in common organic solvents, thus enabling processing from solution.The pyrolysis and the fire retardancy mechanisms of the polymers and blends with epoxy resin (EP) were tackled by means of a comprehensive thermal analysis (thermogravimetry (TG), TG-evolved gas analysis) and fire tests [PCFC, limiting oxygen index (LOI), UL-94, cone calorimeter]. The Mitsunobu reaction of Dimethyl-5-hydroxyisophthalate and a long chain semifluorinated alcohol requires triphenyl phosphine as a reactant. Identical, in some case higher yield was obtained in the usual conditions, with triphenyl phosphine and with trivalent phosphorus containing polymers, which was prepared in solvent free bulk (melt) polymerization technique from trivalent phosphorus monomer and a silylated diphenol in presence of CsF. Purification and the recovery of the final product which is always a big challenge in case of Mitsunobu reaction, was far more easier using polymer compared to triphenyl phosphine. During polymerization there was a possibility to have polymer having repeating unit containing both trivalent phosphorus and phosphine oxide. The trivalent phosphorus content of the polymer can be varied using different molar concentration of CsF.

Due to their outstanding properties, poly(arylene ethers) are useful as toughness modifiers in epoxy resins (EP). Furthermore, these polymers show rather low intrinsic fire risks. According to recent research it has been incorporated that poly(arylene ether phosphine oxides) [PAEPO’s] can further improve the fire behavior. Increasing phosphorous content of the PAEPO can influence the fire behavior too. Fire retardants containing phosphorus – regardless of whether an additive or reactive approach is used – show different mechanisms in the condensed and gas phase. In the present study PSU Control (BPA based polysulfone) with four different PAEPO’s and their corresponding blends with an EP were investigated. All poly(arylene ether phosphine oxides) were synthesized by nucleophilic aromatic polycondensation. The polymers obtained covered a wide range of weight average molar masses (6,000 – 150,000 g/mol) as determined by size exclusion chromatography with multi-angle light scattering detection (MALLS). FTIR, NMR spectroscopy and MALDI-TOF revealed formation of the desired polymer structure of the linear poly(arylene ethers). All polymers were easily soluble in common organic solvents, thus enabling processing from solution.The pyrolysis and the fire retardancy mechanisms of the polymers and blends with epoxy resin (EP) were tackled by means of a comprehensive thermal analysis (thermogravimetry (TG), TG-evolved gas analysis) and fire tests [PCFC, limiting oxygen index (LOI), UL-94, cone calorimeter]. The Mitsunobu reaction of Dimethyl-5-hydroxyisophthalate and a long chain semifluorinated alcohol requires triphenyl phosphine as a reactant. Identical, in some case higher yield was obtained in the usual conditions, with triphenyl phosphine and with trivalent phosphorus containing polymers, which was prepared in solvent free bulk (melt) polymerization technique from trivalent phosphorus monomer and a silylated diphenol in presence of CsF. Purification and the recovery of the final product which is always a big challenge in case of Mitsunobu reaction, was far more easier using polymer compared to triphenyl phosphine. During polymerization there was a possibility to have polymer having repeating unit containing both trivalent phosphorus and phosphine oxide. The trivalent phosphorus content of the polymer can be varied using different molar concentration of CsF.