Thesis advisor: James P. Morken / The first highly enantioselective diboration of unfunctionalized terminal alkenes has been developed using a platinum-phosphonite complex. This transformation produces versatile 1,2-bis(boronate)esters that can manipulated chemoselectively to generate a pletheroa of enantioenriched structural motifs. When combined with an appropriate palladium catalyst, the diboration product undergoes an efficient alkyl boron cross-coupling with aryl and vinyl electrophiles producing a wide range of enantioenriched homobenzylic and homoallylic boronates. Alternatively, when the 1,2-bis(boronate)ester diboration product contains an adjacent Z-olefin (derived from diboration of cis-1,3-dienes), allylation to aldehydes can be achieved delivering the syndiastereomer of product exclusively with excellent chirality transfer. Notably, the products obtained from the two described reactions contain an additional boronate moiety, which can be further functionalized through known carbon-boron bond transformations. / Thesis (PhD) — Boston College, 2014. / Submitted to: Boston College. Graduate School of Arts and Sciences. / Discipline: Chemistry.

Please note that the structures do not display correctly in the pdf document. Therefore the original manuscript in MSWord has also been uploaded. Please contact us email if you cannot view these files. / Sonogashira cross-coupling of 2-aryl-4-chloro-3-iodoquinoline derivatives with stoichiometric amount of terminal alkynes in the presence of bis(triphenylphosphine)palladium(II)chloride and copper iodide in triethylamine afforded the 3-(alkynyl)-2-aryl-4-chloroquinoline, exclusively. On the other hand, the 2-aryl-4-chloro-3-iodoquinolines with excess (2.5 equiv.) of terminal alkynes in the presence of PdCl2(PPh3)2-CuI catalyst mixture and NEt3 in dioxane-water (3:1 v/v) afforded the 2-aryl-3,4-bis(alkynyl)quinoline derivatives in a one-step operation. Further transformation of the 2-aryl-3-(alkynyl)-4-chloroquinoline via Suzuki cross-coupling reaction with boronic acid derivatives in the presence of tetrakis(triphenylphosphine)palladium and tricyclohexylphosphine as a ligand in dioxane-water (3:1 v/v) afforded the 2,4-diaryl-3-(alkynyl)quinolines in moderate to high yields. The 2-aryl-3-(alkynyl)-4-chloroquinolines were also transformed to the corresponding 2-aryl-4-(methylamino)-3-(alkynyl)quinoline derivatives using methylamine in ethanol under reflux. / Chemistry / M.Sc.

Please note that the structures do not display correctly in the pdf document. Therefore the original manuscript in MSWord has also been uploaded. Please contact us email if you cannot view these files. / Sonogashira cross-coupling of 2-aryl-4-chloro-3-iodoquinoline derivatives with stoichiometric amount of terminal alkynes in the presence of bis(triphenylphosphine)palladium(II)chloride and copper iodide in triethylamine afforded the 3-(alkynyl)-2-aryl-4-chloroquinoline, exclusively. On the other hand, the 2-aryl-4-chloro-3-iodoquinolines with excess (2.5 equiv.) of terminal alkynes in the presence of PdCl2(PPh3)2-CuI catalyst mixture and NEt3 in dioxane-water (3:1 v/v) afforded the 2-aryl-3,4-bis(alkynyl)quinoline derivatives in a one-step operation. Further transformation of the 2-aryl-3-(alkynyl)-4-chloroquinoline via Suzuki cross-coupling reaction with boronic acid derivatives in the presence of tetrakis(triphenylphosphine)palladium and tricyclohexylphosphine as a ligand in dioxane-water (3:1 v/v) afforded the 2,4-diaryl-3-(alkynyl)quinolines in moderate to high yields. The 2-aryl-3-(alkynyl)-4-chloroquinolines were also transformed to the corresponding 2-aryl-4-(methylamino)-3-(alkynyl)quinoline derivatives using methylamine in ethanol under reflux. / Chemistry / M.Sc.

This thesis deals with the synthesis of polycyclic compounds using tandem cyclisation/Suzuki cross-coupling, by modification of the method developed by our research group. This thesis mainly investigates the scope of the tandem reaction with aliphatic boronic acids or their esters. The products of the palladium catalyzed reaction then underwent electrocyclization to form an aromatic ring. The polycyclic skeleton, containing the aromatic core, is found in a considerable amount of natural substances with biological activity. The structure of the compounds prepared herein is similar to miltiorin D or commiphorane A.

La synthèse d’oléfines et plus précisément de vinylchalcogénures di- ou trisubstitués sous contrôle régio- et stéréosélectif constitue l’objectif de ce travail. La stratégie adoptée consiste à utiliser des dérivés acétyléniques comme précurseurs, et des alcénylboranes comme intermédiaires réactionnels. Deux voies synthétiques distinctes ont été sélectionnées : l’hydroboration de 1-chalcogéno-1-alcynes (préparation d’alcénylboranes α-chalcogénés) et le réarrangement de sels d’alcynyltriorganylborates induit par des électrophiles chalcogénés (préparation d’alcénylboranes β-chalcogénés). La cis hydroboration du 1-phénylthio-1-hexyne par le dicyclohexylborane est régiosélective et fixe majoritairement l’entité dicyclohexylboryle en &alpha du soufre, conséquence d’une interaction de type acide-base de Lewis entre les deux hétéroatomes. Les tentatives d’optimisation de la régiosélectivité ([α :β] = [97 :3]) montrent que la modification de la densité électronique autour du soufre (par introduction de substituants électroattracteurs ou -donneurs en para sur le cycle aromatique) ou la présence de substituants (alkyl/aryl)thio à demande stérique plus importante impactent à plusieurs niveaux, mais ne permettent pas d’augmenter le degré de régiosélectivité de l’hydroboration. La fonctionnalisation des vinylboranes α-chalcogénés par transmétalation stœchiométrique (bore-cuivre) suivie de l’alkylation ou par couplage de Suzuki-Miyaura donne accès à des vinylsulfures disubstitués. L’utilisation de fluorure de tétrabutylammonium en solution dans le tétrahydrofurane, à la place d’une solution aqueuse d’hydroxyde de sodium comme base pour le couplage Suzuki, permet l’évitement de la réaction parasite principale, la protodéborylation du vinylborane. Le réarrangement des 1-acynyltriarylborates de lithium induit par les halogénures d’(alkyl/aryl)chalcogényle est totalement stéréosélectif et dispose le groupement migrateur du bore en trans par rapport à l’électrophile entrant. La migration de substituants aromatiques (phényle, thiényle et anisyle) est tout à fait inédite dans le domaine de la préparation d’alcénylboranes chalcogénosubstitués. La conversion de ceux-ci ouvre des perspectives très intéressantes pour la préparation d’arylcétones α-chalcogénées par oxydation, de vinylsulfures disubstitués par traitement à l’acide acétique, ainsi que de vinylsulfures trisubstitués par couplage ou transmétalation stœchiométrique (bore-cuivre ou bore-zinc). Toutes ces transformations sont totalement stéréosélectives. L’utilisation de l’une de ces deux voies synthétiques assure une formidable flexibilité pour l’introduction des divers substituants sur les futurs carbones oléfiniques.

La formation de cancers est liée à des dérèglements de la progression du cycle cellulaire ou de l’apoptose. L’identification des acteurs cellulaires mis en jeu dans la maladie et l’élucidation des mécanismes responsables de ces dysfonctionnements sont à la base de nouveaux traitements anticancéreux. Ainsi, en vue du développement de thérapies ciblées, les kinases Pim et les protéines anti-apoptotiques de la famille des Bcl-2, surexprimées dans de nombreux types de cancers et associées à des phénomènes de chimiorésistance, constituent des cibles pertinentes. Les kinases Pim (Pim-1,-2 et -3) sont une famille de sérine / thréonine kinases qui jouent un rôle fondamental dans les processus de survie, de prolifération ou de différenciation cellulaire. Bien qu’elles possèdent un substrat commun avec les autres protéines kinases, l’ATP, des différences structurales permettent de les différencier et de les inhiber sélectivement. En tenant compte de ces spécificités, nous nous sommes intéressés à la synthèse de nouveaux inhibiteurs sélectifs des kinases Pim, compétitifs de l’ATP. Parmi les autres agents impliqués dans la formation de tumeurs, les protéines de la famille des Bcl-2, responsables du phénomène d’apoptose ou mort cellulaire programmée, font l’objet d’un domaine d’étude récent. Elles se classent en deux familles selon leur fonction : les protéines pro-apoptotiques et les protéines anti-apoptotiques dont la surexpression est observée dans de nombreux cancers. Nous avons poursuivi l’étude de relations structure-activité initiée au laboratoire à partir de trimères d’alkoxyquinoléines, inhibiteurs micromolaires des protéines anti-apoptotiques Bcl-2 et Bcl-xL, en préparant de nouveaux analogues. / Cancer development is associated with dysfunctions in cell cycle progression or apoptosis. The identification of cellular agents involved in this disease, and the elucidation of mechanisms responsible for these dysfunctions provide the basis for the development of novel anti-cancer drugs.Thus, Pim kinases and Bcl-2 anti-apoptotic proteins which are overexpressed in many malignancies and contribute significantly to chemoresistance are of great interest for the development of targeted cancer therapy. Pim kinases (Pim-1,-2 and -3) belong to a family of serine / threonine kinases which play a key role in cell survival, proliferation and differenciation. Although all protein kinases share ATP as a common substrate, the structure of the ATP-binding pocket of Pim kinases is unique and offers an opportunity for a selective inhibition. Taking account of these specificities, we were interested in the synthesis of novel selective ATP competitive Pim kinase inhibitors. Among the other agents involved in tumorigenesis, Bcl-2 family proteins, which govern apoptosis (or programmed cell death), are subject of a recent interest. These proteins are divided in two classes depending on their function : pro-apoptotic and anti-apoptotic members that are overexpressed in a variety of cancers. In a preliminary work in the laboratory, alkoxyquinoline trimers have demonstrated micromolar inhibition against antiapoptotic proteins Bcl-2 and Bcl-xL. Therefore, we carried on this structure-activity relationship study with the synthesis of novel analogues.

Im ersten Teil der Arbeit wird die Synthese neopentyl- und neosilylsubstituierter Phosphane zur Verwendung als Liganden in katalytisch aktiven Palladiumkomplexen beschrieben. Die Aktivität wurde in der Suzuki-Miyaura Kreuzkupplungsreaktion getestet. Während die neosilylsubstituierten Phosphane 2:1 Addukte (5b und 5d) mit geeigneten Palladiumsalzen bilden, welche moderate Katalyseaktivität zeigen, untergehen die neopentylsubstituierten Komplexe schnelle Cyclometalierungsreaktionen in Gegenwart von Basen und bilden die katalytisch wenig aktiven Palladacyclen (6a, 6e, and 6g). Die deaktivierende Cylometallierung konnte durch Darstellung der Palladiumcomplexe ausgehend von Pd(cod)Cl2 in Abwesenheit von Basen vermieden werden. Die erhaltenen 2:1 Phosphaneaddukte zeigten deutlich verbesserte Aktivität. Daraus wurde geschlossen, dass die Cyclomettalierung als Nebenreaktion eine wichtige Deaktiverungsmöglichkeit darstellt, diese Überlegung veranlasste uns Trialkylphosphane mittlerer Größe, mit Substituenten die nur schwer eine Cyclometallierungen eingehen können zu testen. Die Verwendung der Phosphoniumsalze 4h (R = Cy, R‘ = neopentyl) und 4m (R = iPr, R‘ = CH2Cy) führt zu höheren Aktivitäten in der Suzuki-Miyaura Kreuzkupplung, als bestes Katalysatorsystem hat sich die Kombination aus Pd2(dba)3 oder Pd(OAc)2 und entsprechendem Phosphoniumsalz ergeben. Im zweiten Teil dieser Arbeit werden Synthesen zu neuen biphenylbasierten Diphosphanen (70, 71, 76, and 77) vorgestellt. Die Palladiumkomplexe wurden ebenfalls auf ihre Eignung als Katalysatoren in palladiumkatalysierten Suzuki-Miyaura Kreuzkupplungen getestet und zeigen für diese Klasse von Komplexen gute Aktivität. Das Tetraphosphan 82 wurde für die Synthese des zweikernigen Palladium(II)-komplex 83 eingesetzt. Durch die Koordination des D2h-symmetrischen Tetraphosphanes an die Palladiumatome wird die Symmetrie des Moleküls erniedrigt und folglich erhält man den formal D2-symmetrischen Komplex 83. / In the first part of this thesis, the synthesis and catalytic activity of neopentyl and neosilyl substituted phosphine palladium complexes is described. The complexes have been tested in the Suzuki-Miyaura cross-coupling reaction. Whereas the neosilyl substituted phosphines form 2:1 adducts (5b and 5d) with Palladium salts which showed moderate activity, the neopentyl complexes quickly undergo cyclometallation in presence of bases to form Palladacycles (6a, 6e, and 6g) which showed only moderate catalytic activity. Cyclometallation could be avoided by the preparation starting from Pd(cod)Cl2 in the absence of bases. The obtained 2:1 phosphine adducts showed superior activity. We concluded that cyclometallation process is an important deactivation pathway, this prompted us to test trialkyl phosphine ligands with medium size but substituents not reliable to cyclometallation. We have been pleased to find that 4h (R = Cy, R‘ = neopentyl) and 4m (R = iPr, R‘ = CH2Cy) showed good activity in the Suzuki-Miyaura cross-coupling reaction. The best results have been obtained by in situ preparation of active catalyst from Pd2(dba)3 or Pd(OAc)2 and the appropriate phosphonium salt. In the second part of this thesis, the first synthesis of a new family of biphenyl based bisphosphine ligands (70, 71, 76, and 77) has been reported. Their palladium complexes were successfully tested as catalyst in the Suzuki cross-coupling reaction. Within the class of bisphosphine based palladium complexes they show good activity in Suzuki-Miyaura cross-coupling reaction. Systematically, was expanded our synthesis strategy and we were able to introduce the first synthesis of a highly symmetric 2,2',6,6'-tetraphosphinobiphenyl. Tetraphosphine 82 was used as ligand in a dinuclear palladium(II) complex 83. Upon complexation the D2h symmetric 2,2’,6,6’-tetraphosphine lead to a chiral D2 symmetric complex 83.

Les cages moléculaires covalentes ou de coordination sont des molécules particulièrement intéressantes lorsqu’elles présentent une cavité active en reconnaissance moléculaire ou en réactivité chimique. Le projet consiste en la synthèse et l’étude d’un nouveau type de cage moléculaire, constituée de deux porphyrines reliées par des liaisons covalentes mais flexibles et de huit ligands 3-pyridyles (L) permettant de contrôler la taille de la cavité par un stimulus externe. L’étape-clé de la synthèse de cette cage est la formation d’un dimère de porphyrine par effet template, de sorte à favoriser la fermeture de la cage. Des cations métalliques coordinés par les groupements L ou un ligand ditopique comme le DABCO coordiné entre les métallo-porphyrines ont été utilisés pour pré-assembler le dimère. Ce dernier ayant été obtenu, les chaînes polyéther ont été reliées deux par deux par métathèse des oléfines. Une structure cristallographique de la cage covalente complexant le DABCO a pu être obtenue. La cage synthétisée a, par la suite, été démétallée et le DABCO retiré, la conformation adoptée par cette dernière molécule varie par rapport à son précurseur. / Covalent or coordination molecular cages are particularly interesting molecules when they incorporate an active cavity in molecular recognition or in chemical reactivity. The project consists in the synthesis and the study of a new type of molecular cage, built from two porphyrins linked together by covalent but flexible bonds and eight 3-pyridyl ligands (L) allowing a control of the size of the cavity by an external signal. The key-step in the cage synthesis is the formation of a template dimer in order to favour the covalent cage closing. Several metallic cations coordinated by the L moieties or a ditopic ligand such as DABCO coordinated between two metalloporphyrins have been used for the preorganization of a dimer. Once the latter compound formed, the polyether chains have been linked two-by-two by alkene metathesis. A crystallographic structure of the covalent cage complexing the DABCO has been obtained. Furthermore, the synthesized cage was demetallated and the DABCO removed, the conformation adopted by this molecule doesn’t change a lot from its precursor.

Im ersten Teil der Arbeit wird die Synthese neopentyl- und neosilylsubstituierter Phosphane zur Verwendung als Liganden in katalytisch aktiven Palladiumkomplexen beschrieben. Die Aktivität wurde in der Suzuki-Miyaura Kreuzkupplungsreaktion getestet. Während die neosilylsubstituierten Phosphane 2:1 Addukte (5b und 5d) mit geeigneten Palladiumsalzen bilden, welche moderate Katalyseaktivität zeigen, untergehen die neopentylsubstituierten Komplexe schnelle Cyclometalierungsreaktionen in Gegenwart von Basen und bilden die katalytisch wenig aktiven Palladacyclen (6a, 6e, and 6g). Die deaktivierende Cylometallierung konnte durch Darstellung der Palladiumcomplexe ausgehend von Pd(cod)Cl2 in Abwesenheit von Basen vermieden werden. Die erhaltenen 2:1 Phosphaneaddukte zeigten deutlich verbesserte Aktivität. Daraus wurde geschlossen, dass die Cyclomettalierung als Nebenreaktion eine wichtige Deaktiverungsmöglichkeit darstellt, diese Überlegung veranlasste uns Trialkylphosphane mittlerer Größe, mit Substituenten die nur schwer eine Cyclometallierungen eingehen können zu testen. Die Verwendung der Phosphoniumsalze 4h (R = Cy, R‘ = neopentyl) und 4m (R = iPr, R‘ = CH2Cy) führt zu höheren Aktivitäten in der Suzuki-Miyaura Kreuzkupplung, als bestes Katalysatorsystem hat sich die Kombination aus Pd2(dba)3 oder Pd(OAc)2 und entsprechendem Phosphoniumsalz ergeben. Im zweiten Teil dieser Arbeit werden Synthesen zu neuen biphenylbasierten Diphosphanen (70, 71, 76, and 77) vorgestellt. Die Palladiumkomplexe wurden ebenfalls auf ihre Eignung als Katalysatoren in palladiumkatalysierten Suzuki-Miyaura Kreuzkupplungen getestet und zeigen für diese Klasse von Komplexen gute Aktivität. Das Tetraphosphan 82 wurde für die Synthese des zweikernigen Palladium(II)-komplex 83 eingesetzt. Durch die Koordination des D2h-symmetrischen Tetraphosphanes an die Palladiumatome wird die Symmetrie des Moleküls erniedrigt und folglich erhält man den formal D2-symmetrischen Komplex 83. / In the first part of this thesis, the synthesis and catalytic activity of neopentyl and neosilyl substituted phosphine palladium complexes is described. The complexes have been tested in the Suzuki-Miyaura cross-coupling reaction. Whereas the neosilyl substituted phosphines form 2:1 adducts (5b and 5d) with Palladium salts which showed moderate activity, the neopentyl complexes quickly undergo cyclometallation in presence of bases to form Palladacycles (6a, 6e, and 6g) which showed only moderate catalytic activity. Cyclometallation could be avoided by the preparation starting from Pd(cod)Cl2 in the absence of bases. The obtained 2:1 phosphine adducts showed superior activity. We concluded that cyclometallation process is an important deactivation pathway, this prompted us to test trialkyl phosphine ligands with medium size but substituents not reliable to cyclometallation. We have been pleased to find that 4h (R = Cy, R‘ = neopentyl) and 4m (R = iPr, R‘ = CH2Cy) showed good activity in the Suzuki-Miyaura cross-coupling reaction. The best results have been obtained by in situ preparation of active catalyst from Pd2(dba)3 or Pd(OAc)2 and the appropriate phosphonium salt. In the second part of this thesis, the first synthesis of a new family of biphenyl based bisphosphine ligands (70, 71, 76, and 77) has been reported. Their palladium complexes were successfully tested as catalyst in the Suzuki cross-coupling reaction. Within the class of bisphosphine based palladium complexes they show good activity in Suzuki-Miyaura cross-coupling reaction. Systematically, was expanded our synthesis strategy and we were able to introduce the first synthesis of a highly symmetric 2,2',6,6'-tetraphosphinobiphenyl. Tetraphosphine 82 was used as ligand in a dinuclear palladium(II) complex 83. Upon complexation the D2h symmetric 2,2’,6,6’-tetraphosphine lead to a chiral D2 symmetric complex 83.