An extensive overview of the current state of the research in the field of the development of acyclic nucleoside phosphonates (ANPs) was elaborated, which quotes from 196 publications in abstracted journals. A new microwave-assisted methodology for the preparation of dialkyl haloalkylphosphonates was developed. Through strict control of the reaction temperatures in microwave reactor, it was possible to lower the amount of the reactants all the way to the ideal ratio of 1:1. With the use of a continuous-flow microwave reactor, it was possible to prepare the key building blocks for the subsequent syntheses of ANPs in large quantities (100 g), which significantly accelerates research in this area. The new method was patented and published. While studying various ANP prodrugs, a new highly effective methodology for the preparation of the diamides of ANPs was developed. The method starts directly from ANP diesters, which react with trimethylsilylbromide to form the corresponding bis(trimethylsilyl)esters of ANPs, which are well soluble in organic solvents and react smoothly during the subsequent introduction of aminoacid esters. Moreover, the reaction with trimethylsilylbromide protects the reactive groups present in the rest of the molecule and thus prevents undesired side reactions. Furthermore, using...

京都大学 / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(工学) / 甲第21127号 / 工博第4491号 / 新制||工||1698(附属図書館) / 京都大学大学院工学研究科合成・生物化学専攻 / (主査)教授 村上 正浩, 教授 吉田 潤一, 教授 中尾 佳亮 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Philosophy (Engineering) / Kyoto University / DGAM

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Full grid-search semiempirical calculations (AM1 and AM1/COSMO) on zwitterionic acetylcarnitine and carnitine, cationic acetylcholine and choline, and 3-acetoxypropanoate and 3-hydroxypropanoate in the gas phase and solution were performed. The calculated ΔH_hydr for hydrolyses of acetylcarnitine to carnitine and of acetylcholine to choline show reasonable agreement with the experimental values in unbuffered solution (acetylcarnitine: -4.63 kcal/mol calc. vs. -7.43 kcal/mol exp.; acetylcholine: -3.20 kcal/mol calc. vs. -3.06 kcal/mol exp.) The results suggest that a change in the conformational populations of acetylcarnitine-carnitine upon hydrolysis maintains a nearly constant polarity, which keeps the work of desolvation of the products to a minimum. Acetylcholine-choline and acetoxypropanoate-hydroxypropanoate present a much higher work of desolvation, therefore yielding a lower free enthalpy of hydrolysis. Ab initio calculations at the RHF/6-31G* level for the carnitines and the cholines, and RHF/6-31+G for the propanoates, were done to calibrate the quality of the AM1 results for both the gas phase and in solution. The calculations in the gas phase involved full optimization of the AM1-optimized structures at the RHF/6-31G* level and RHF/6-31+G level, and single points at the MP2//RHF/6-31G* and MP2//RHF/6-31+G level to estimate correlation effects. The ab initio calculations in solution were single points on the AM1-optimized geometries and used the Tomasi solvent model. The ab initio results confirmed the qualitative reliability of the semiempirical results. The conformational behavior of several 4,4-dimethylmorpholinium rings and 4,4-dimethyl-2-oxo-1,3,6-dioxazaphosphacinium rings was examined by molecular mechanics (AMBER* and AMBER*-GB/SA). The contrast between the behavior of these heterocycles and that of the parent saturated hydrocarbon systems formed a picture of the conformational behavior of these six- and eight-membered heterocycles. Influences of factors such as shortened bond lengths, varied bond angles, presence or absence of lone pairs and substituents, and dipolar alignment are described. Morpholinium rings show increased stabilization of the twist-boat with 1,1,3,3-di<i>gem</i> substitution, as compared to the parent cyclohexane systems. In the gas phase, the lowest chair/twist-boat energy gap is found in 2-(hydroxymethyl)-2,4,4-trimethylmorpholinium at 1.14 kcal/mol. The gap in the congruent hydrocarbon system is 5.23 kcal/mol. Differential solvation destabilizes the lowest energy twist-boat found in the gas phase, increasing the energy gap to 2.62 kcal/mol. The lowest chair/twist-boat energy gap in GB/SA water amounts to 1.45 kcal/mol, stabilized by solvation from an initial 2.13 kcal/mol in the gas phase. In the dioxazaphosphacinium rings, the preferred conformation in the gas phase is the boat-chair (BC) and the populations are conformationally heterogeneous. As substituents approach a 1,1,3,3-di<i>gem</i> pattern, the twist-chair (TC) and twist-boat (TB) conformers are stabilized. Solvation favors boat-boat (BB) conformers, with the substituents exerting influence on the conformational preference only to stabilize the TB in two instances (<i>cis</i>-substituted ring and disubstituted ring). Solvation reduces the heterogeneity of the conformational populations. Modeling of phosphonate moieties required development of molecular mechanics parameters for dimethyl methylphosphonate. Dimethyl methylphosphonate conformations were calculated at the RHF/6-31+G* level. Charges were calculated by the CHelpG scheme. The results were used to generate AMBER* parameters for modeling of alkylphosphonates in the gas phase and in solution. Comparison of the results of our AMBER* parameters against three other common force fields (MM2*, MMX and UFF) showed that AMBER* reproduced better the ab initio results when comparing absolute deviations in bond lengths, bond angles and torsion angles. The modified AMBER* reproduced better than the other three force fields several X-ray geometries of alkylphosphonates. / Ph. D.

La vigne est soumise à la pression de nombreux bioagresseurs dont des parasites obligatoires tels que l’oïdium et le mildiou. La lutte contre les maladies causées par les pathogènes biotrophes nécessite une utilisation souvent intensive de fongicides. Le vignoble consomme à lui seul 16% des fongicides commercialisés chaque année en France. Pour réduire leur impact environnemental qui conduit à l’acquisition de la résistance aux pesticides des pathogène et la présence de résidus dans les vins et dans l’atmosphère, des efforts doivent être entrepris pour développer des stratégies de protection innovante de remplacement ou complémentaire permettant de réduire les intrants pesticides.Les stimulateurs des défenses des plantes permettent de limiter le développement des bioagresseurs en conditions contrôlées. Toutefois, leurs efficacités in natura sont variables et souvent décevantes. Suite au grand nombre de produits potentiellement stimulateurs des défenses des plantes, et à l’intérêt que leur portent les viticulteurs, il est nécessaire de disposer de connaissances et d’outils qui permettent d’évaluer leus efficacités et mieux connaitre leurs potentiels de protection du vignoble. Pour ce faire, une méthode d’évaluation de l’efficacité de produits potentialisateurs ou éliciteurs a été développée au niveau biologique, moléculaire (expression de gènes impliqués dans les défenses) et biochimique (analyses qualitatives et quantitatives des polyphénols), nommée "BioMolChem". Cette méthode a permis d’évaluer l’efficacité de deux phosphonates et d’un analogue de l’acide salicylique, sur différents génotypes et phénotypes de mildiou de la vigne et d’oïdium. Cette approche méthodologique "BioMolChem" a permis d’établir des corrélations entre l’expression de gènes de défense, la présence de certains stilbènes et une efficacité des défenses de Vitis vinifera cv. Cabernet-Sauvignon vis-à-vis de l’oïdium et du mildiou. Les modifications des patrons d’expression des 19 gènes suivis dans les feuilles de vigne et les profils HPLC de polyphénols révèlent des mécanismes de défense multigéniques et complexes. Ainsi, les réactions de défense de la plante sont-elles modulées, en fonction de l’éliciteur considéré, mais aussi en fonction de la diversité phénotypique et génétique des agents pathogènes contre lesquels elle se défend. Ces défenses se caractérisent par une sur-expression d’un ensemble de gènes de défense et une accumulation de composés phénoliques spécifiques.Les marqueurs (gènes et molécules) ainsi identifiés, la méthode "BioMolChem" a été appliquée in natura et a conforté, pour partie, les résultats obtenus au laboratoire. Dans des conditions de fortes pressions parasitaires, il est donc possible de protéger les feuilles et les grappes, à l’aide de SDP et des essais d’association ou d’alternance avec des fongicides conventionnels montrent l’intérêt potentiel de l’emploi des SDP au vignoble. Chemin faisant, dans le cadre d’une viticulture innovante et durable, les SDP et la méthode "BioMolChem" ont été appliqués sur des génotypes hybrides (Vitis vinifera x Muscadinia rotundifolia). Nous révélons que selon le niveau de résistance intrinsèque des génotypes (plus ou moins résistants à l’oïdium et au mildiou), il est possible d’augmenter le niveau de la résistance exprimée par élicitation. Ainsi, les SDP pourraient-ils s’avérer des alliés d’intérêt pour l’utilisation de variétés partiellement résistantes et limiter potentiellement le contournement des QTL de résistance. L’ensemble de ce travail, à but appliqué, a conduit à l’obtention de résultats qui nous permettent de mieux comprendre comment la vigne réagit aux SDP dans son environnement agronomique. Leur exploitation et leur finalisation devraient nous permettre d’exploiter et de mettre en place une utilisation des éliciteurs mieux adaptée, à des stratégies alternatives ou complémentaires de la gestion des bioagresseurs de la vigne. / Powdery (Erysiphe necator) and downy mildew (Plasmopara viticola) are very important grapevine diseases (Vitis vinifera). These two biotrophic pathogens, which are native to the United States, infect green vine tissues and cause significant economic loss as well as environmental damage through the repetitive applications of fungicides. To reduce their environmental impact efforts should be made to develop strategies to protect innovative alternative or complementary to reduce pesticide inputs.In this study, the efficacy and the role of Benzothiadiazole (BTH), a salicylic acid analogue, and two phosphonate derivatives strengthen plant defence mechanisms against various isolates of downy and powdery mildews (Plasmopara viticola and Erysiphe necator). These compounds showed differences in their efficacy depending on the variability of mildews and highly dependent on plant genetics, environmental conditions and selection pressure. The plant defense stimulation could be an alternative or additional method to traditional pest management in the grapevine.Tools “BioMolChem” were developed to better assess the defence status of the plant defences in vitro and in natura. Transcript kinetics of selected defence-related genes and polyphenol contents profiles, during Vitis vinifera-biotrophic pathogen interaction, were characterized, and the impact of pathogen diversity was investigated in the absence or presence of elicitation. In vineyard, under strong pathogen pressures, it is thus possible to protect leaves and clusters, with SDP and assays of association or alternation with conventional fungicides show the potential interest of the use of these SDP in the vineyard.The grapevine defense mechanisms are complex, depending on the elicitor, leading to the coordinated accumulation of pathogenesis-related proteins (PR), the production of phytoalexins, and the reinforcement of plant cell walls.On the way, within the framework of an innovative and sustainable viticulture, the SDP was applied to hybrid genotypes (V. vinifera x M. rotundifolia). We reveal that according to the level of intrinsic resistance of the genotypes (more or less resistant to powdery and to downy mildew), it is possible to increase the level of the expressed resistance. The SDP could become allies of interest in the use of partially resistant grapevine varieties.The present findings provide insights into the potential use of transcripts and stilbenes as markers of the defense status of grapevine leaves with or without elicitation or infection, which should allow us to exploit and develop a better use of elicitors in alternative or complementary strategies in grapevine pest management.

Durch zunehmende Restriktionen in der Anwendung von halogenhaltigen Flammschutzmitteln (wie z.B. Tris(2-chlorisopropyl)phosphat) besteht Bedarf an halogenfreien Alternativen. Im Rahmen dieser Arbeit wurden neuartige flüssige Flammschutzmittel für Polyurethan- und Polyisocyanurat-Hartschaumstoffe synthetisiert und charakterisiert. Als Ausgangsmaterialien dafür dienten sowohl s-Triazinchlorid als auch s-Heptazinchlorid. Die Derivate wurden mittels Michaelis-Arbuzov-Reaktion hergestellt und die erhaltenen Produkte anschließend charakterisiert. Ausgewählte hergestellte Verbindungen wurden in Hartschaummaterialien eingearbeitet und auf ihre Flammschutzeigenschaften getestet. Des Weiteren wurde der Einfluss unterschiedlicher Reaktionsbedingungen auf die Produktzusammensetzung untersucht. Es konnten positive Flammschutzeigenschaften für s-Triazinphosphonate nachgewiesen werden. Auch für die neu etablierte Substanzklasse der s−Heptazinphosphonate konnte eine flammhemmende Wirkung nachgewiesen werden.:Abkürzungsverzeichnis 1 Einleitung 2 Stickstoffreiche Verbindungen 2.1 Einführung in die Stoffklasse der s-Triazine 2.2 Einführung in die Stoffklasse der s-Heptazine 3 Kunststoffchemie 3.1 Einteilung von Kunststoffen 3.2 Einführung in die Stoffklasse der PUR-Verbindungen 3.3 Anwendung von PUR-Schaumstoffen 4 Flammschutz 4.1 Grundlagen Flammschutz 4.2 Weitere Flammschutzmittel 4.2.1 Phosphorhaltige Flammschutzmittel 4.2.2 Stickstoffhaltige Flammschutzmittel 4.2.3 Halogenhaltige Flammschutzmittel 4.3 Toxikologie ausgewählter Flammschutzmittel 4.4 Aktuelle Forschung im Bereich halogenfreier Flammschutzmittel 5 Ergebnisse und Diskussion 5.1 s-Triazinphosphonate 5.1.1 Identifikation der chem. Zusammensetzung mittels NMR-Spektroskopie 5.1.2 Untersuchung des Einflusses von Stöchiometrie, Zugabemethode, Temperatur und Feuchtigkeit auf s-Triazinphosphonate mittels NMR-Spektroskopie 5.1.3 Chlor- und Phosphorgehalt 5.1.4 Einfluss auf den Aggregatzustand 5.1.5 Thermisches Verhalten 5.1.6 Infrarotspektroskopie 5.1.7 UV/Vis-Spektroskopie 5.2 s-Triazinphosphonate als Flammschutzmittel 5.2.1 Restriktionen halogenhaltiger Flammschutzmittel 5.2.2 Flammschutzmittel für PUR- und PIR-Hartschäume 5.2.3 Verschäumungsverhalten der s-Triazinphosphonate 5.2.4 Untersuchung der Flammschutzeigenschaften 5.2.5 Sonstige Schaumeigenschaften 5.2.6 Fazit und Ausblick zu den s-Triazinphosphonaten als Flammschutzmittel 5.3 Sonstige s-Triazin-Verbindungen 5.4 s-Heptazinphosphonate 5.4.1 Identifikation der Produkte mittels NMR-Spektroskopie 5.4.2 Einkristallstrukturanalyse 5.4.3 Phosphorgehalt 5.4.4 Thermisches Verhalten 5.4.5 Infrarotspektroskopie 5.4.6 UV/Vis-Spektroskopie 5.5 s-Heptazinphosphonate als Flammschutzmittel 5.6 Sonstige s-Heptazin-Verbindungen 5.6.1 Umsetzung Heptazinchlorid mit stickstoffreichen Verbindungen 5.6.2 Herstellung von Salzen der Thiocyamelursäure 6 Zusammenfassung und Ausblick 7 Experimentelle Durchführung 7.1 Geräte und Methoden 7.1.1 NMR-Spektroskopie 7.1.2 FTIR-Spektroskopie 7.1.3 Schmelzpunktbestimmung 7.1.4 Mikro-Siedepunktbestimmung 7.1.5 Thermogravimetrische Analysen 7.1.6 Py-GC-MS Messungen 7.1.7 Viskositätsmessung 7.1.8 UV/Vis-Spektroskopie 7.1.9 ICP-OES 7.1.10 Elementaranalyse 7.1.11 Einkristallröntgenstrukturanalyse 7.1.12 Limiting Oxygen Index 7.1.13 Kleinbrennertest nach DIN13501 Klasse E 7.1.14 Cone Kalorimetrie 7.1.15 Schaumdichtebestimmung 7.1.16 Bestimmung der Geschlossenzelligkeit 7.1.17 Wärmeleitfähigkeit 7.1.18 Druckfestigkeit 7.2 Verwendete Chemikalien 7.3 Versuchsdurchführung 7.3.1 Umsetzung von Cyanurchlorid mit Trialkyl- bzw. Triarylphosphiten 7.3.2 Weitere Umsetzungen zu s-Triazin-Derivaten 7.3.3 Synthese Kaliumcyamelurat 7.3.4 Synthese Heptazinchlorid 7.3.5 Umsetzung von Heptazinchlorid mit Trialkyl- bzw. Triarylphosphiten 7.3.6 Nukleophile Substitutionen mit Heptazinchlorid 7.3.7 Schwefelhaltige Heptazinderviate 7.3.8 Präparation PUR Hartschaum für LOI Tests 7.3.9 Präparation PIR Hartschaum für LOI Tests 7.3.10 Präparation PUR- und PIR-Hartschaum für EN 13501 Klasse E & Cone Kalorimetrie 7.3.11 Chemische Zusammensetzung der A- und B- Komponente 8 Anhang 8.1 Kristallographische Tabellen 8.2 Eidesstattliche Erklärung 8.3 Publikationsliste 8.4 Lebenslauf 8.5 Danksagung 9 Literaturverzeichnis

5 Title: Methylene-bis(phosphonate) Derivatives for Modification of Biomolecules Author: Tomáš David Department: Department of Inorganic Chemistry, Faculty of Science Supervisor: RNDr. Vojtěch Kubíček, Ph.D. Supervisor's e-mail address: vvvojta@seznam.cz Abstract The aim of this work was to prepare derivatives of methylen-bis(phosphonic) acid. Thirty compounds (from which 29 are new) were prepared with moderate or good yields. All compounds were fully characterized by NMR and MS. Four new crystal structures were obtained by RTG monocrystal analysis. Derivative containing 4-nitrobenzyl group in the side chain was used for study of bis(phosphonates) adsorption parametres to hydroxyapatite (with quantification by UV-Vis spectroscopy). Several derivatives containing characteristic functi- onal groups (-NH2, -COOH, -NCS) were prepared. These compound are suitable for further derivatization, mainly for conjugation with more complex structures through amide bond or thiourea bridge. Conjugates of building blocks with fluorescent probe (fluorescein and dansyl) were prepared for potencial optical imaging. Further modification of one of the dansyl derivative afforded trifunctional molecule - contating bis(phosphonate) as a vector for a bone tissue, a fluorescent probe for a possible fluorescent imaging and a free...

This thesis presents synthesis of tertiary &amp / #945 / -hydroxy phosphonate derivatives. &amp / #945 / -Ketophosphonates is known that they are both acyl anion precursors and electrophiles. In this work, &amp / #945 / -ketophosphonates were used as both acyl anion precursors and electrophiles in the presence of catalytic amount of KCN. &amp / #945 / -Ketophosphonates underwent benzoin-type condensation reaction.

Ce travail de thèse visait la conception de marqueurs à base d’ions lanthanides pour le diagnosticprécoce de la maladie d’Alzheimer, à travers un transfert d’énergie avec des nanocristaux semi- conducteurs luminescents. Notre choix s’est porté sur des ligands polyaminophosphonatés de type pyridine-bis-pyrazolyl rendus réactifs vis-à-vis des biomolécules par la présence de groupements activés. Nous présentons la synthèse d’un ligand modèle incorporant seulement l’unité de photosensibilisation tridentate et des groupes phosphonatés. À partir de ce ligand, les complexes d’europium et de terbium synthétisés ont été caractérisés. Une grande stabilité et des propriétés de luminescence avantageuses ont été mises en évidence par nos études, notamment en ce qui concerne le complexe de terbium. Une méthode synthèse de ligands de ce type, fonctionnalisés par la présence de groupements réactifs a été développée et le marquage de biomolécules dont des marqueurs de la maladie d’Alzheimer a été réalisé avec succès. La synthèse d’un autre ligand phosphonaté associé de façon covalente à la biotine et l’utilisation de son complexe de terbium comme donneur d’énergie a permis de réaliser des expériences de transfert d’énergie avec divers accepteurs luminescents dont des nanocristaux semi-conducteurs. / This work aimed at the design of markers with lanthanides ions for the early diagnosis of the Alzheimer's disease, through an energy transfer with luminescent quantum dots. Our choice focused on polyaminophosphonated ligands bearing a pyridine-bis-pyrazolyl moiety and made reactive towards biomolecules by the presence of activated groups. We present in the synthesis of a model ligand incorporating only the tridentate photosenstization unit and phosphonate moieties. From this ligand, europium and terbium complexes have been synthesized and characterized. An important stability and advantageous luminescence properties were revealed by our studies, especially for the terbium complex.Then a method of synthesis of ligands of this type, functionalized by the presence of reactive groups was developed and labeling experiments were carried aout with several biomolecules amoung which some Alzheimer’s disease biomarkers.The synthesis of another ligand linked covalently to biotin and the use of the corresponding terbium complex allow the study of FRET with various luminescent energy acceptors among which some quantum dots.