A situação da tuberculose (TB) foi alterada de forma significativa pela síndrome de imunodeficiência adquirida (SIDA ou AIDS) e pelo aparecimento de novas cepas do Mycobacterium tuberculosis resistentes ao tratamento quimioterápico, que justificariam a pesquisa de novos agentes antimicobacterianos. Alvos interessantes têm emergido para o planejamento racional de novos fármacos contra a TB, particularmente, considerando processos metabólicos específicos que ocorrem durante a biossíntese da parede celular micobacteriana e que envolvem a síntese de ácidos graxos (FAS-II, fatty acid synthase). O sistema FAS-II constitui diferença bioquímica importante entre mamíferos e micobatérias. A enzima enoil-acp (acyl carrier protein, proteína acil-carregadora) redutase (ENR) é alvo determinante no sistema FAS-II, responsável pela etapa de alongamento dos ácidos micólicos, que são os principais componentes da parede celular do M. tuberculosis. O presente projeto tem como objetivo a aplicação de metodologias do planejamento de fármacos auxiliado por computador, CADD (Computer-Aided Drug Design), em um conjunto de derivados pirrolidina carboxamidas descritos como inibidores potenciais da ENR do M. tuberculosis (InhA) com intuito de mapear o farmacóforo, investigar a orientação dos ligantes no sítio ativo e os tipos de interações que se estabelecem com os resíduos de aminoácidos do sítio de interação. Inicialmente, investigaram-se as relações quantitativas entre estrutura química e atividade biológica (QSAR, quantitative structure-activity relationships) com aplicação de abordagem multivariada. O melhor modelo QSAR indicou que propriedades estruturais, termodinâmicas e eletrônicas devem ser consideradas no processo de planejamento e proposição de novos protótipos potencialmente tuberculostáticos. / The incidence of tuberculosis (TB) disease has significantly changed considering the acquired immunodeficiency syndrome (AIDS) co-infection as well as the emergence of new Mycobacterium tuberculosis strains resistant to the currently chemotherapy. These facts support the search for novel antimycobacterial agents. Interesting targets have been elucidated and could be used for the rational design of new drugs against TB, primarily those related to specific biochemical metabolic pathways that occur during the cell wall biosynthesis, specially involved in the fatty acid synthase (FAS) system. The FAS-II system is an important biochemical difference between mammals and mycobacteria. The enoyl-ACP reductase (ENR) is the key enzyme in the FAS-II system, responsible for the elongation step of mycolic acids, which are the major components in the M. tuberculosis cell wall. This research project aims the application of computer-aided drug design (CADD) methodologies to a set of pyrrolidine carboxamide derivatives, which were previously reported as potential M. tuberculosis ENR (InhA) inhibitors, for mapping the pharmacophore, investigating the ligands\' orientation at the active site and also the interaction types regarding the amino acid residues in the active site. Initially, the quantitative structure-activity relationships (QSAR) were performed applying a multivariate approach. The best QSAR model indicated the structural, thermodynamic, and electronic properties must be taken into account in the design of novel leads as potential antituberculosis agents.

Kainic acid has been used for nearly 50 years as a tool in neuroscience due to its pronounced neuroexcitatory properties. However, the significant price increase of kainic acid resulting from the disruption in the supply from its natural source, the alga Digenea Simplex, as well as inefficient synthesis of kainic acid, call for the exploration of functional mimics of kainic acid that can be synthesized in a simpler way. Aza kainoids analog could be one of them. The unsubstituted aza analog of kainoids has demonstrates its ability as an ionotropic glutamate receptor agonist and showed affinity in the chloride dependent glutamate (GluCl) binding site. This opened a question of the importance of the presence of one nitrogen or both nitrogens in the aza kainoid analogs for binding to glutamate receptors. Therefore, two different pyrrolidine analogs of kainic acid, trans-4-(carboxymethyl)pyrrolidine-3-carboxylic acid and trans-2-carboxy-3-pyrrolidineacetic acid, were synthesized through multi-step sequences. The lack of the affinity of both pyrrolidine analogs in GluCl binding site indicated that both nitrogens in aza kainoid analogs are involved in hydrogen bonding with receptors, significantly enhancing their affinity in GluCl binding site. Another potential functional mimic of kainic acid is isoxazolidine analogs of kainoids whose skeleton can be constituted directly via a 1, 3 dipolar cycloaddition as the key step. The difficulty in synthesizing N-unsubstituted isoxazolidines when applying such common protecting groups as alkyl, phenyl and benzyl groups, and the requirement of a desired enantioselectivity due to the three chiral ceneters in kainic acid, pose great challenges. Hence, several different protected nitrones were studied to establish that diphenylmethine nitrone may be a good candidate as the dipole in that the generated isoxazolidines can be deprotected in mild conditions with high yields. Our investigations also indicated that the exo/endo selectivity of the 1, 3 dipolar cycloaddition can be controlled by Lewis acids, and that the application of a directing group in dipolarophiles can accomplish a satisfied enantioselectivity. Those results demonstrated the synthesis of isoxazoldines analogs of kainic acid is very promising.

En esta tesis doctoral se ha estudiado los iluros de azometino generados in situ en reacciones de cicloadición 1,3-dipolar y diferentes dipolarófilos para la síntesis multicomponente (libre de metales) de derivados de indolizidina a partir de pipecolinatos, aldehídos y dipolarofilos de forma térmica, y también a partir de ácido pipecólico de forma descarboxilada. También se ha estudiado la reacción de cicloadición 1,3-dipolar térmica multicomponente entre iluros de azometino no activados generados in situ a partir de aminas, aldehídos aromáticos y alquenos electrofílicos para generar derivados de pirrolidina.Además, se describe la síntesis de pirrolizidinas diastereoméricamente enriquecidas a partir de nitroprolinatos enantioméricamente puros a través de una cicloadición 1,3- dipolar multicomponente catalizada por una sal de plata y, por otro lado, una reacción de Amina-Aldehído-Dienófilo (AAD) para sintetizar estructuras ciclohex-2-en-1-ilprolinato como diastereoisómero enantiopuro único de forma multicomponente y libre de metales.

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En esta tesis doctoral se ha estudiado la reacción 1,3-dipolar con iluros de azometino y diferentes dipolarófilos para la síntesis de compuestos ópticamente activos, usando diferentes complejos metálicos compuestos por sales de plata y cobre y diversos ligandos quirales. También se ha estudiado la reacción 1,3-dipolar térmicamente para la funcionalización de grafeno, y posterior uso de dicha funcionalización como soporte de un complejo metálico, el cual fue empleado en catálisis heterogénea.

Les projets présentés dans cet ouvrage ont été le fruit d'une collaboration universitéindustrie auquelle ont participé activement le laboratoire du Professeur Robert Chênevert du département de chimie de l'Université Laval ainsi que la compagnie OmegaChem Inc. Cette dernière se spécialise dans la synthèse et la distribution de produits de chimie fine dont les dérivés fluorés de la proline mais elle exploite également un volet de synthèse sur demande pour la recherche pharmaceutique actuelle. Les travaux réalisés se subdivisent en trois projets principaux dont: la synthèse énantiosélective de dérivés de l' a-méthylsérinol, la synthèse énantiosélective de pyrrolidines 2,5-disubstituées et de pipéridines 2,6-disubstituées ainsi que la synthèse énantiosélective d 'hydroxyprolines. Le premier projet consistait à développer des dérivés chiraux de l' a-méthylsérinol par voie de synthèse chimio-enzymatique. Les dérivés du N, O-isopropylidène-améthylsérinol chiraux sont des synthons qui peuvent faire partie d'une multitude de synthèses énantiosélectives due à leur polyfonctionnalisation. Ces intermédiaires de synthèse présentent donc un potentiel de commercialisation qui ne demande qu'à être exploré. Le second projet consistait à développer des pyrrolidines 2,5-disubstituées chirales ainsi que des pipéridines 2,6-disubstituées également par voie de synthèse chimioenzymatique. Ces hétérocycles azotés ont un potentiel commercial relié à leur utilité dans la synthèse de composés bioactifs pharmaceutiques. Dans le dernier projet, l'objectif était de développer des dérivés de la 3- hydroxyproline chiraux par voie biocatalytique grâce à l'utilisation combinée d'enzymes et de levures. La spécialisation de la compagnie OmegaChem Inc. dans le développement de dérivés de la proline justifiait l'exploration de voies de synthèses biocatalytiques des dérivées de la proline à des fins commerciales.

Enantiopure α-alkyl-substituted aldehydes are widely recognised as important building blocks in synthesis. Despite this, methods to prepare such substrates are limited. Strategically, asymmetric intermolecular S_N2 α-alkylation represents a highly straightforward transformation, but still remains an elusive feat. This thesis describes efforts to address this challenge, with attempted access to enantioenriched α-alkyl aldehydes by way of C-alkylation of chiral, non-racemic, hindered aldenamines using simple alkyl halides. Enamines derived from four types of auxiliary (a tropane, an oxazolidine, a pyrrolidine and a homotropane) have been prepared, and their alkylation profile examined. While the desired levels of asymmetric induction were not attained, use of the tropane and homotropane auxiliaries, which differ only by a single methylene group, interestingly, gave complimentary diastereocontrol during alkylation with EtI. The observed stereoselectivity is supported by density functional studies performed for ethylation of both enamines. Additionally, in the course of preparing the homotropane a highly efficient asymmetric synthesis of a homotropinone bearing gem-α-substitution has been developed.

Ce travail est consacré à l'étude du procédé de synthèse, d'extraction et de purification d'une hydrazine exocyclique à applications cosmétiques, la N-aminopyrrolidine (NAPY). Dans un premier temps, l'optimisation des conditions de synthèse par la voie Raschig e été conduite en étudiant l'influence de deux paramètres, rapport molaire des réactifs (NH2Cl, pyrrolidine) et la température, sur le rendement de la réaction. Les solutions brutes de synthèse étant très diluées (≈5%g en NAPY), l'extraction et la purification du produit utile sont souvent liées à des opérations successives de démixtion et de distillation. La détermination de ces conditions de séparation requière alors la connaissance des propriétés thermodynamiques des équilibres entre phases impliqués dans ces opérations unitaires. L'optimisation de la démixtion nécessite alors l'étude du système ternaire solide-liquide-liquide NaOH/Pyrrolidine/Eau. Trois coupes isothermes isobares ont été complètement déterminées, par ATI (Analyse Thermique Isopléthique) combinée à des dosages chimiques. La méthode du diamètre et des modules a été mise au point pour la détermination du point critique de la courbe de démixtion. Les opérations de distillation mettent en jeu le système ternaire NAPY/Pyrrolidine/Eau. Le binaire limite liquide-vapeur Eau/Pyrrolidine a été déterminé par ébulliométrie à la pression atmosphérique. Pour essayer de mieux comprendre les interactions hétéromoléculaires ayant lieu en phase liquide, deux autres binaire liquide-vapeur eau/amine ont été obtenus. L'étude su système ternaire liquide-vapeur nous a permis de déduire deux schémas de distillation possibles. Une fois les conditions de synthèse et d'extraction définies et un schéma de procédé a été proposé, la NAPY est obtenue conforme aux spécifications cosmétiques

FTY720 (aussi connu sous le nom de Fingolimod ou Gilenya) agit sur les récepteurs sphingosine-1-phosphate (S1P) et induit la suppression du système immunitaire (immunosuppression). Cette molécule est reconnue pour avoir une activité contre plusieurs cellules cancéreuses. Cette activité est indépendante de l’action sur les récepteurs S1P et on attribue plutôt la mort (apoptose) des cellules cancéreuse à la capacité que possède la molécule à réduire le transport des nutriments dans la cellule. Toutefois, malgré ses nombreux avantages, FTY720 ne peut pas être utilisé afin de traiter des humains puisque l’activation secondaire des récepteurs S1P1 et S1P3 mènent à une diminution du rythme cardiaque (bradycardie) chez les patients. Notre groupe s’est donc concentré sur la synthèse d’analogues qui potentiellement n’activeraient pas le récepteur S1P tout en gardant une activité biologique contre plusieurs cellules cancéreuses. Malgré le fait que nos analogues agissent également sur la diminution du transport des nutriments dans les cellules, nous ne connaissons pas le mécanisme d’action par lequel ceux-ci agissent. Au passage, le projet de recherche ci-présenté nous aura par ailleurs permis de développer une grande variété de sondes photo-actives dans l’espoir d’isoler une ou plusieurs protéines qui seraient impliquées dans le mécanisme d’action. / FTY720 (also known as Fingolimod, or Gilenya) functions as an immunosuppressant due to its effect on sphingosine-1-phosphate receptors. FTY720 also exhibits anticancer activity in a number of cancer cell lines. This result is independent of its effects on S1P receptors and due instead, to its ability to induce nutrient transporter down-regulation. However, FTY 720 cannot be used in human patients due to bradycardia that occurs secondary to the activation of S1P1 and S1P3 receptors. Our group focused on the design and synthesis of constrained FTY720 analogues that do not activate S1P receptors and also have the potential to be safely used in humans due to their potent antiproliferative activity against selected cancer cell lines. Although we know that our analogues, like FTY 720, act as nutrient transporter down-regulators, the proteins involved in the process are not known. We are developing a wide variety of Photo-Cross-Linking Probes to hopefully isolate one or more proteins that may be involved in one of the pathways.

<p>This thesis describes how radical cyclization chemistry can be applied for the construction of heterocyclic compounds.</p><p>In the first part, a series of electron deficient α-phenylselenenylalkenes were prepared <i>via</i> a PhSeCl-addition/HCl-elimination sequence. Allyl- and propargylamines readily underwent conjugate addition to these species to produce pyrrolidines or dihydropyrrol derivatives, after triethylborane initiated reductive radical cyclization in the presence of tris(trimethylsilyl)silane.</p><p>The second part describes a convergent synthesis of the pineal hormone melatonin. The indole nucleus is secured <i>via</i> a tris(trimethylsilyl)silane mediated<i> 5-exo</i> radical cyclization. The protocol provides convenient and simple access to compounds useful for studies of biological activity and structure activity relationships.</p><p>The third part describes construction of substituted tetrahydrofuran-3-ones and pyrrolidin-3-ones. Regioselective ring-opening of epoxides or aziridines with benzeneselenolate/tellurolate, followed by Michael addition to electron deficient alkynes afforded the corresponding O/N-vinylated compounds. The tetrahydrofuran-3-ones and pyrrolidin-3-ones were secured <i>via </i>radical carbonylation/reductive cyclization using pressurized carbon monoxide (80 atm).</p><p>The fourth part is concerned with the effect of an N-protecting group on the cyclization of 2-substituted-3-aza-5-hexenyl radicals. Relative energies for reactants and transition states were determined using density functional calculations. Reactant and transition state conformers leading to <i>cis</i>-product were lower in energy than those leading to<i> trans</i>-product. The results can be explained by the unfavorable 1,2-strain present in chair-equatorial and boat-equatorial conformers.</p>