Unprecedented Ullmann couplings of murrayafoline-A with either 6-bromo- or 4-bromocarbazole derivatives provide highly efficient synthetic routes to the biscarbazole alkaloids murrastifoline-A (6 steps, 66% overall yield) and bismurrayafoline-A (6 steps, 28% overall yield). / Dieser Beitrag ist mit Zustimmung des Rechteinhabers aufgrund einer (DFG-geförderten) Allianz- bzw. Nationallizenz frei zugänglich.

We report the first total synthesis of oxydimurrayafoline via nucleophilic substitution at the benzylic position at C-3 of the carbazole framework. / Dieser Beitrag ist mit Zustimmung des Rechteinhabers aufgrund einer (DFG-geförderten) Allianz- bzw. Nationallizenz frei zugänglich.

O Sistema Especialista SISTEMAT foi construído com o objetivo de auxiliar os pesquisadores da área de produtos naturais na tarefa de determinação estrutural, estendendo-se também ao químico orgânico sintético. Seus programas aplicativos fornecem propostas de esqueletos fazendo uso dos dados de diversas técnicas espectrométricas, sendo que a espectrometria de ressonância magnética nuclear de 13C tem um papel de destaque entre as demais. Este trabalho descreve a utilização do SISTEMAT como uma ferramenta auxiliar na determinação estrutural de substâncias pertencentes às subclasses dos alcalóides quinolínicos, quinolizidínicos, aporfínicos, benzilisoquinolínicos, isoquinolínicos, pirrolizidínicos, acridônicos e indólicos. Para a realização deste trabalho foi construído um banco de dados contendo 1182 alcalóides, sendo todos coletados da literatura. Nestes 1182 alcalóides, estão presentes 1156 espectros de RMN 13C, 354 espectros de RMN 1H, 320 espectros de massas e as substâncias de origem vegetal estão distribuídos em 49 Famílias, 164 Gêneros e 260 Espécies. Os testes realizados forneceram bons percentuais de acertos para o reconhecimento de esqueletos. Outro programa utilizado neste trabalho foi o de redes neurais artificiais. As redes foram treinadas para auxiliar na determinação estrutural dos alcalóides aporfínicos, fornecendo a probabilidade de uma determinada substância pertencer ao esqueleto pesquisado. Para utilização das redes neurais foi construída uma planilha com os deslocamentos químicos de RMN 13C, de 165 alcalóides aporfínicos, pertencentes a 12 esqueletos diferentes. A rede forneceu ótimos resultados, classificando os esqueletos com alto grau de confiabilidade. / The Expert System SISTEMAT was built with the objective of aiding the researchers of the area of natural products in the task of structural determination, also extending to the synthetic organic chemist. Their applications programs supply proposed of skeletons making use of the data of several techniques spectrometrics, and the 13C NMR has a main paper among the others. This work describes the use of SISTEMAT as an auxiliary tool in the structural determination of substances belonging to the underclass of the alkaloids quinoline, quinolizidine, aporphine, benzylisoquinoline, isoquinoline, pyrrolizidine, acridone and indoles. For the accomplishment of this work a database was built containing 1182 alkaloids, being all collected of the literature. In these 1182 alkaloids, are present 1156 spectra of 13C NMR, 354 spectra of RMN 1:00, 320 spectra of masses and the substances of botanical origin are distributed in 49 Families, 164 Genders and 260 Species. They were accomplished around 100 tests, of which 30 are presented in this thesis. These tests supplied good percentile of the successes for the recognition of skeletons. Another program used in this work the one of nets artificial neurais, in which the nets were trained to aid in the structural determination of the aporphine alkaloids was, supplying the probability of a certain substance to belong to the researched skeleton. For use of the nets neurais a spreadsheet was built with the chemical displacements of 13C NMR, of 165 aporphine alkaloids, belonging to 12 different skeletons. The net supplied great results, classifying the skeletons with high reliability degree.

Catharanthus roseus est une plante tropicale qui produit spécifiquement des alcaloïdes indoliques monoterpéniques (AIM) d’intérêt thérapeutique. Chez C. roseus, la branche terpénique incluant la voie du méthylérythritol phosphate (MEP) est considérée comme limitante et présente une régulation transcriptionnelle coordonnée en réponse aux hormones inductrices de l’accumulation alcaloïdique. Lors de ce travail, suite à des analyses bioinformatiques et à la caractérisation de promoteurs de gènes de la voie MEP, nous avons identifié de nouvelles familles de facteurs de transcription impliquées dans la régulation de la biosynthèse des AIM. Des membres de la famille des ZCT, des WRKY et des RR type B interagissent avec le promoteur du gène hds de la voie MEP et régulent son activité. Ces travaux ont permis d’approfondir les connaissances sur les réseaux transcriptionnels régulateurs de la biosynthèse des AIM. L’utilisation de ces nouveaux facteurs de transcription activateurs peut désormais être envisagée dans le cadre d’expériences d’ingénierie métabolique afin d’augmenter l’accumulation d’alcaloïdes d’intérêt pharmaceutique chez C. roseus. / Catharanthus roseus is a tropical plant producing specifically monoterpene indole alkaloids (MIA) of high interest due to their therapeutical values. In C. roseus cells, the terpenoid branch including the methyl erythritol phosphate pathway (MEP) provides the MIA terpenoid moiety and is regarded as limited for MIA biosynthesis. This branch presents a coordinated transcriptional regulation in response to hormonal signals leading to MIA production. In this context, bioinformatic analysises and functional characterization of MEP pathway gene promoters allowed the identification of new transcription factor families involved in the MIA pathway regulation. Members of ZCT proteins, WRKY and type B RR families specifically interact with the hds promoter from the MEP pathway and regulate its activity. This work permits to gain into insight the transcriptional network controlling the MIA biosynthesis. It is possible now to consider using transcription factor that act as activators and target genes from the terpenoid branch to increase the accumulation of alkaloids of pharmaceutical interest in C. roseus by metabolic engineering approaches.

Les alcaloïdes indoliques monoterpéniques (AIM) sont des molécules à propriétés anti-tumorales extraites de Catharanthus roseus. Leur coût de production et les besoins encore importants de ces médicaments en chimiothérapie, en font des cibles majeures pour la recherche de stratégies de production plus efficaces. L’objectif de ce travail vise à identifier de nouveaux facteurs de transcription (FT) régulateurs de la production des AIM. Cette étude porte plus particulièrement sur la caractérisation fonctionnelle et l’implication dans la régulation de la biosynthèse des AIM, de protéines de la famille des WRKY (CrWRKYs) et des protéines de type doigt de zinc (ZCTs) précédemment isolées au sein de l’EA2106 « Biomolécules et Biotechnologies Végétales ». Nos expériences ont révélé que, parmi ces protéines, CrWRKY22, CrWRKY32, ZCT1 et ZCT2 agissent en tant que facteurs de transcription et plus spécifiquement interagissent avec le promoteur du gène Crhds. Ce dernier code une enzyme de la voie du méthyl érythritol phosphate (MEP) considérée limitante pour la production des AIM. Ces travaux ont permis d’identifier de nouveaux FT ciblant la voie du MEP dont la régulation via les FT est encore peu élucidée à ce jour et d’envisager leur utilisation en ingénierie métabolique pour augmenter la production d’AIM par la modulation du flux terpénique chez C. roseus. / Monoterpene indole alkaloids (MIA) are molecules with anti-cancer properties from Catharanthus roseus. Their production cost and the important need in chemiotherapy make them major targets for the research of more efficient production strategies. The aim of this work is to identify new transcription factors (TF) that regulate MIA production. This study focuses especially on the functional characterization and the involvement in the MIA biosynthesis regulation, of proteins previously isolated in the EA2106 “Plant Biocompounds and Biotechnology” laboratory: 3 proteins that belong to the WRKY family (CrWRKYs) and 3 zinc finger proteins named ZCTs. Our experiments revealed that among them, CrWRKY22, CrWRKY32, ZCT1 and ZCT2 act as transcription factors and more specifically interact with the promoter of Crhds gene. Crhds encodes an enzyme of the methyl erythritol phosphate (MEP) pathway that is considered as limiting for MIA production. Our work allowed identifying new TFs targeting the MEP pathway those regulation through TFs is mostly unknown. Using such transcription factors in metabolic engineering could be now considered increasing MIA production by the modulation of terpenoid flux in C. roseus.

La première partie de ce manuscrit est consacrée à l'inhibition des glycosidases. Ces enzymes sont impliquées dans de très nombreux processus biologiques et, par voie de conséquence, dans de nombreuses maladies (diabète, cancer, maldadies lysosomales etc…). Outre l'intérêt de développer de nouveaux médicaments, les glycosides hydrolases font aussi figure de cibles de choix pour étudier les itinéraires conformationnels au cours de l'hydrolyse de la liaison glycosidique et en particulier au niveau de l'état de transition. La mise en parallèle de l'importance de l'orientation des liaisons C2-O2 et C3-O3 dans la stéréosélectivité des réactions de b-mannopyranosylation dirigées par les groupements 4,6-O-benzylidène, avec le rôle des interactions avec la liaison C3-O3 dans la catalyse enzymatique pour les b-mannosidases, nous a conduits à nous intéresser au développement de nouveaux glycoimidazoles, potentiellement inhibiteurs de ces enzymes. Nous nous sommes attachés à développer ce type de molécules car ils sont considérés, à l'heure actuelle, comme les meilleurs mimes de l'état de transition. La catalyse par les b-mannosidases passerait par un état de transition de type B2,5. Ce chemin conformationnel semble inhabituel mais serait le plus approprié au développement du caractère de double liaison entre le carbone anomérique et l'oxygène endocyclique ainsi qu'à la charge positive lorsque le système est proche de l'état de transition. De plus, il semblerait que la conformation B2,5 soit aussi privilégiée pour les a-mannosidases, ce qui renforce l'intérêt thérapeutique de synthétiser de nouveaux inhibiteurs de glycosidases. La stratégie de synthèse s'appuie sur des travaux de Vasella. Elle repose sur la construction du squelette bicyclique des tétrahydroimidazopyridines, via une réaction de cyclisation intramoléculaire d'oxoéthylamidines intermédiaires, qui permet d'obtenir de nouveaux glycoimidazoles en une quinzaine d'étapes. Dans la seconde partie, sont exposés les travaux concernant la préparation et l'utilisation en synthèse de glutaconaldéhydes oxydés en position 2 et de N-acylaminopentadiènals. Après avoir rappelé l'importance des glutaconaldéhydes et des aminopentadiènals dans les hypothèses de biogenèse des alcaloïdes marins de la famille des manzamines, nous avons vu que ces espèces pouvaient être considérés comme des intermédiaires possibles pour la synthèse d'alcaloïdes marins de la famille des pyrrole-2-aminoimidazoles (P-2-AI). La nouvelle méthode de préparation des sels de glutaconaldéhydes nous a permis de synthétiser un glutaconaldéhyde oxydé en position 2 et de commencer à étudier la réactivité des 2-alkoxy-N-acylaminopentadiènals. Le dernier chapitre de cette partie traite d'une méthode de préparation de N-acyl-5-aminopenta-2,4-diènals via l'ouverture de furfurylamines N-acylées développée en parallèle avec les travaux précédemment cités. / The first part of this manuscript is dedicated to glycosidase inhibition. Because enzyme-catalyzed carbohydrate hydrolysis is a biologically widespread process, glycosidase inhibitors have many potential applications as therapeutic agents. Glycosidase inhibitors are extremely useful probes to understand vital functions of glycosidases in living systems. They are also interesting tools to study mechanisms involved in the hydrolysis by different glycosidase families and to understand conformational pathways more particularly close to the transition state of the reaction. In parallel with the importance of the orientation of C2-O2 and C3-O3 bonds for the stereoselectivity of 4,6-O-benzylidene-directed b-mannopyranosylation, the role of interactions with C3-O3 bond during enzymatic hydrolysis for b-mannosidases prompted us to develop new glycoimidazoles, potential glycosidases inhibitors. Nowadays, glycoimidazoles are considered as the best transition state mimics; that is why we were interested in these molecules. Enzyme inhibition through mimicry of the transition state is indeed a major area for the design of new therapeutic agents. The enzymatic catalysis for b-mannosidases appears to use an unusual B2,5 conformational pathway for a better accommodation of the double bond character and the positive charge on the pyranose ring close to the transition state. There is now strong support for a similar pathway for a-mannosidases. Golgi a-mannosidases are involved in cancer metastasis and this strengthens the interest of developing new glycosidases inhibitors. Our strategy leaned on Vasella's work with the construction of a tetrahydroimidazopyridine bicyclic skeleton, via an intramolecular oxoethylamidine cyclization. It allowed us to prepare new glycoimidazoles in about fifteen steps. These compounds are modified in position 3 compared to those reported in the literature. They are expected to adopt a B2,5 conformation which would allow us to get better transition state mimics than those actually known for -mannosidases. In the second part, we discuss the preparation and use of oxidized glutaconaldehydes and N-acylaminopentadienals in organic synthesis. After reminding of the importance of glutaconaldehydes and aminopentadienals in the biosynthetic scenario of manzamine alkaloids, we will see that these species are possible intermediates in the synthesis of pyrrole-2-aminoimidazoles (P-2-AI), a marine alkaloids family. A practical method to access glutaconaldehydes allowed us to prepare these species oxidized in position 2 and to begin a study of the reactivity of 2-alkoxy-N-acylaminopentadienals. Finally, in the last chapter, a new access to N-acyl-5-aminopenta-2,4-dienals through base-induced ring-opening of N-acylated furfurylamines is reported.

Unprecedented Ullmann couplings of murrayafoline-A with either 6-bromo- or 4-bromocarbazole derivatives provide highly efficient synthetic routes to the biscarbazole alkaloids murrastifoline-A (6 steps, 66% overall yield) and bismurrayafoline-A (6 steps, 28% overall yield). / Dieser Beitrag ist mit Zustimmung des Rechteinhabers aufgrund einer (DFG-geförderten) Allianz- bzw. Nationallizenz frei zugänglich.

We report the first total synthesis of oxydimurrayafoline via nucleophilic substitution at the benzylic position at C-3 of the carbazole framework. / Dieser Beitrag ist mit Zustimmung des Rechteinhabers aufgrund einer (DFG-geförderten) Allianz- bzw. Nationallizenz frei zugänglich.

In der heutigen Wirkstoffforschung stellen vor allem multiresistente Krankheitserreger eine große Herausforderung an die Wissenschaft dar. Noch sterben z.B. an der Tuberkulose jährlich etwa 1.7 Millionen Menschen, davon 69000 allein in Europa (WHO-Angaben, 2004). Die Tuberkulose verursacht neben AIDS die meisten Todesfälle unter den Infektionskrankheiten. Ein großes Problem sind die zahlreichen Neuerkrankungen, die mit herkömmlichen Mitteln nicht mehr behandelt werden können, sowie zunehmende Medikamentenallergien. Somit ist ein wichtiges Gebiet der Wirkstoff-forschung, neben der Weiterentwicklung bekannter Medikamente, deren Neuentwicklung. Dabei leistet die Natur eine unentbehrliche Orientierungshilfe. So konnte aus asiatischen Medizinalpflanzen in letzter Zeit eine Reihe von Carbazolalkaloiden isoliert werden, die zweifelsfrei gegen das HI-Virus oder das Mycobakterium tuberculose, dem Erreger der Tuberkulose, aktiv sind.[1] Ziel der vorliegenden Arbeit war die regioselektive Synthese oxygenierter Carbazole. Dabei wurde das Konzept der eisenvermittelten Carbazolsynthese angewendet und darüber hinaus als Alternative die palladiumvermittelte Carbazolsynthese weiterentwickelt. Die für den Palladiumweg benötigten N,N-Diarylamine konnten über die BUCHWALD-HARTWIG-Aminierung, die Eisensalzkomplexe über eine katalytische Komplexierung ausgehend von Cyclohexadienen mit Pentacarbonyleisen hergestellt werden. Beide Methoden wurden gegenübergestellt und besonders hinsichtlich ihrer Ausbeuten und Syntheseeffizienz verglichen.

Indiana University-Purdue University Indianapolis (IUPUI) / The modification of brucine derivatives as chiral ligands and the use of a multifaceted chiral ligand, brucine diol, under different reaction conditions to produce various optical isomers is described. In Chapter 1, the generation of a number of brucine derivatives is described. Taking the advantage of brucine-diol’s excellent molecular recognition capability for multiple organic functional groups, we focused on the synthetic modifications of brucine-diol and the synthesis of brucine N-oxide. We also produced various brucine derivatives with different functional moieties in good yields and selectivities. In Chapter 2, we described the investigation of brucine N-oxide catalyzed Morita-Baylis-Hillman (MBH) reaction of alkyl/aryl ketones. Brucine N-oxide was used as a nucleophilic organic catalyst in the MBH reaction of alkyl vinyl ketone. In addition, asymmetric MBH reactions of alkyl vinyl ketones with aldehydes were investigated using a dual catalysis of brucine N-oxide and proline. In this dual catalyst system, proline was found to form iminium intermediates with electron-deficient aryl aldehydes, while the N-oxide activated vinyl ketones provided enolates through the conjugate addition. Our dual catalysis approach also allowed the development of MBH reaction of aryl vinyl ketones. In Chapter 3, brucine diol-copper complex catalyzed asymmetric conjugate addition of glycine (ket)imines to nitroalkenes is discussed. Stereodivergent catalytic asymmetric conjugate reactions for glycine (ket)imines with nitroalkenes were achieved using various chiral catalysts derived from a single chiral source, brucine diol. Both syn- and anti-conjugate addition products were obtained with high diastereoselectivity and enantioselectivity. In Chapter 4, enantiodivergent production of endo-pyrrolidines from glycine (ket)imines using brucine diol-copper complex is described. The [3+2] cycloaddition reaction of glycine imines and activated alkenes was performed to produce endo-pyrrolidines. The reversal of enantioselectivity was observed for endo-pyrrolidines between concerted and stepwise reaction pathways. The three new brucine derivatives produced in this study would potentially work as organocatalysts and chiral ligands with metal ion in asymmetric synthesis. The brucine diol-metal complex catalyzed reactions laid a good foundation for catalytic asymmetric reactions, where a single chiral source was used to control the absolute and the relative stereochemical outcomes of reactions. Understanding the molecular-level interactions between catalyst and substrates will provide insightful mechanistic details for the stereodivergent approaches in asymmetric catalysis.