Thesis (M. S.)--Chemistry and Biochemistry, Georgia Institute of Technology, 2006. / Fahrni, Christoph, Committee Member ; Collard, David, Committee Member ; Schuster, Gary, Committee Chair.

Isatin-derived 1,2,4-triazines were employed as electron deficient azadienes in inverse electron demand Diels-Alder (IEDDA) chemistry with tethered alkynyl dienophiles, leading to biologically interesting heterocyclic lactam- and lactone-annulated α-carbolines in excellent yields under microwave promotion. The chemistry scope was probed using various alkynyl amines and alcohols, and the impact of the tether length between the triazines and the dienophiles was also investigated. This IEDDA methodology was subsequently applied to the synthesis of an α-carboline library, producing eighty-eight members starting with various isatin-derived triazines, indole-derivatives, and propargylamine derivatives. In a related project, a regioselective Lewis acid catalyzed amidation of dimethyl 5H-pyridazino[4,5-b]indole-1,4-dicarboxylate was established to selectively direct the amidation to occur at either the C1 or C4 ester positions. This chemistry was then applied to tether dienophiles to the pyridazinoindole ring via an amide linkage. Subsequent IEDDA cycloadditions of these pyridazinoindole/dienophile pairs afforded carbazoles in excellent yields under thermal conditions. The scope of this chemistry scope was also thoroughly probed, leading to a library of one hundred and eighty-eight members. The synthesis of a third heterocyclic scaffold using Diels-Alder chemistry was also accomplished. Asymmetric cycloadditions of anthrone with various maleimides were successfully achieved using different chiral organocatalysts. The identity of the optimal catalytic system depended upon the dienophile, with good enantioselectivities achieved (78-83% ee). This chemistry was successfully applied as the stereocontrol element in a Diels-Alder/Functional Group Transformation/retro-Diels-Alder sequence to prepare alkaloidal scaffolds in an optically enriched form.

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Le principal objectif de ce travail de thèse était d’imaginer, de synthétiser et de caractériser de nouveaux chromophores «push-pull» pour finalement évaluer leurs propriétés photovoltaïques en cellules solaires à colorant. Deux approches distinctes ont été développées : i) la première consiste en l’élaboration de chromophores tout-organiques de type « push-pull » basés sur un motif électro-donneur carbazole à potentiel d’oxydation élevé. Ces nouveaux colorants ont été conçus dans le but d’être utilisés avec des électrolytes à potentiel standard supérieur à celui du couple rédox I-/I3- ; ii) la seconde approche est basée sur un nouveau concept de chromophores organométalliques de type ruthénium-acétylure. Ces chromophores ont été développés dans le but de combiner à la fois les propriétés avantageuses d’une structure de type « push-pull » et les transferts de charges (MLCT) impliquant le motif [Ru(dppe)2], également connu pour constituer un excellent relai électronique. / The aim of this PhD research work was to design, synthesize and characterize new push-pull chromophores and finally to determine their photovoltaic properties in dye-sensitized solar cells. Two different approaches were developed: i) the first one consists in the preparation of metal-free organic push-pull chromophores based on a carbazole electron-donor part presenting high oxidation potential. These new chromophores were designed in view of being used with electrolytes showing standard potential superior to that of I-/I3-; redox couple ii) the second approach is based on a new concept of ruthenium-diacetylide organometallic complex dyes. These chromophores were developed in order to combine the advantageous properties of a push-pull structure and the charge transfer processes (MLCT) due to the [Ru(dppe)2] metal fragment, also known as an excellent electron relay.

Tout au long du siècle dernier, l’électronique s’est révélé être un progrès technologique majeur, et ses applications sont tellement nombreuses qu’elles ont envahi notre vie de tous les jours. De par leurs propriétés bien spécifiques, les semi-conducteurs organiques représentent une remarquable alternative aux matériaux inorganiques utilisés actuellement. Cependant, leurs propriétés électriques peuvent être limitées, et l’efficacité des dispositifs composés de tels matériaux ne permet pas encore de rivaliser avec ceux basés sur des matériaux inorganiques. Dans ce contexte, ce travail de thèse a pour objectif de synthétiser et caractériser de nouveaux polymères conjugués et d’étudier leurs propriétés, dans le but d’ajouter de nouveaux matériaux au déjà riche catalogue de polymères semi-conducteurs disponibles, ainsi que de permettre une meilleure compréhension de la relation structure-propriétés dans les systèmes conjugués. Des copolymères alternés composés de motifs carbazole, benzothiadiazole ou encore squaraine ont été synthétisés et caractérisés. De plus, des polymérisations originales et sans catalyseurs métalliques ont été développées. / Within the last century, electronics have become a major technological breakthrough and the resulting applications are so numerous that it has invaded our every-day life. Due to their properties, organic semiconductors have attracted much attention and represent a great alternative to the nowadays used inorganic materials. However, their electrical properties can be limited, and the efficiencies of the resulting devices are still not completely competitive against the inorganic-based ones. In this context, this PhD goal was to synthesize novel conjugated polymers (CPs) and investigate their properties, in order to add novel materials to the already wide catalogue of semiconducting polymers and allow a better comprehension of the structure-properties relationship in conjugated systems. Alternated copolymers based on carbazole, benzothiadiazole, or squaraine were synthesized and characterized. Furthermore, original and metal catalyst-free polymerizations were successfully developed.

Within this thesis the first total syntheses of eight biologically active natural products from the family of carbazole alkaloids, antiostatins A1 to A4 and B2 to B5, were established. Spectroscopic data of the synthesised natural products are in good agreement with the isolated antiostatins from Streptomyces cyaneus 2007-SV1, which confirms the molecular structures assigned to the natural products. The total synthesis of the antiostatins A1 to A4 and B2 to B5 were achieved employing the iron-mediated synthesis to form the carbazole nucleus from a cyclohexadienylium iron salt and appropriate arylamines. This transition metal-mediated approach could be applied to all antiostatins in excellent yields. The antiostatins A1-4 and B2-5 represent the first carbazole alkaloids with an acetamide or substituted biuret chain. Introduction of the sophisticated substituents proceeded selectively on C-4 in high yields. Antiostatins A1 to A4 and B2 to B5 could be synthesised over eight steps from a tricarbonyliron-coordinated cyclohexadienylium salt. The overall yields are in the range of 31 – 63%.

L'objectif de cette thèse a été de mettre au point l'introduction d'azoles en meso d'une porphyrine par couplage d'Ullmann; Divers azoles ont pu être introduit par cette méthode avec de bons rendements, par formation d'une liaison carbone-azote. il a même été possible avec certains azotes de réaliser des doubles couplages d'Ullmann, conduisant ainsi à des 5.15-diazolyle-porphyrines. De plus, ces même conditions réactionnelles ont été utilisées pour introduire un ou deux dérivés donneurs d'électrons (carbazole, phénoxazine, phénothiazine). L'introduction d'imidazole, de triazole et de benzimidazole en meso a permis, après alkylation, d'obtenir des précurseurs de carbènes N-hétérocycles (NHC). La coordination de deux équivalents de NHC sur un sel de palladium conduit à un dimère de porphyrines via coordination exocyclique. La géométrie de coordination trans-anti autour du palladium a été confirmée par l'obtention de la structure radiocristallographique de deux complexes. Les études par électrochimie de ces complexes ont révélé une communication interporphyrinique à l'état fondamental, mise en évidence par une succession de quatre vagues monoélectroniques en oxydation. / The purpose of this thesis was to functionalize the meso position of a porphyrinWith azoles using the Ullmann coupling. Various azoles were introduced with good yieldsby using this reaction, leading to the formation of a carbon-nitrogen bond. With someazoles a double Ullmann coupling was possible, resulting in the formation of 5,15-diazolyl-porphyrins. Moreover, the same conditions were used to introduce one ortwo electron-donating groups (carbazole, phenoxazine, phenothiazine). The insertionof imidazole, triazole and benzimidazole at the meso position allowed, afteralkylation, their use as N-heterocyclic carbene (NHC). Coordination of twoequivalents of NHC to a palladium salt led to a porphyrin dimer, as a bis-carbene complex. X-Ray structures revealed that the complex’s geometry was trans-anti. Electrochemistry studies of the various dimers showed interactions between the porphyrins, highlighted by four successive oxidation peaks.

Lors de son développement, une tumeur ne peut survivre sans passer par une étape invasive afin de subvenir à ses besoins en nutriment et en oxygène. Cette étape, appelé angiogenèse tumorale, conduit à la formation de vaisseaux sanguins dits « tumoraux », différents des vaisseaux sanguins normaux. Afin de stopper la croissance de la tumeur, il est possible de détruire les vaisseaux sanguins tumoraux formés pendant l’angiogenèse tumorale grâce à des molécules antivasculaires. Ces molécules vont désorganiser la structure du vaisseau et diminuer le flux sanguin au sein de la tumeur pour mener à la nécrose de cette dernière. Parmi ces molécules antivasculaires, la prodrogue phosphate de la combrétastatine A-4 naturelle (CA-4) est le composé actuellement le plus efficace en développement clinique de phase III contre le cancer de la thyroïde. L’objectif de ce travail de thèse a été d’étudier des nouveaux analogues contraints d’aroylindoles et des dérivés de chromène. La série préparée comportera donc la partie triméthoxyphénylique commune à la plupart de ces dérivés, en particulier aux 3-aroylindoles, à savoir des pyrrolo [3,4-a] carbazolediones, et le motif privilégié 2,2-diméthylchromène. Nous avons enfin réalisé l’étude systématique des activités biologiques des molécules synthétisées en déterminant leur cytotoxicité sur mélanome B16, leur aptitude à inhiber la polymérisation de la tubuline et à modifier la morphologie de cellules EA hy926. / Pas de résumé en anglais

The synthesis of seven pyrano[3,2-a]carbazole alkaloids has been achieved using their putative biogenetic precursor 2-hydroxy-6-methylcarbazole as key intermediate.

The synthesis of seven pyrano[3,2-a]carbazole alkaloids has been achieved using their putative biogenetic precursor 2-hydroxy-6-methylcarbazole as key intermediate.