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Entre os diferentes tipos de substratos diazocarbonílicos encontrados na literatura, as diazocetonas α,β-insaturadas têm mostrado promissoras aplicações como intermediários multifuncionais. Este trabalho de tese foi dividido em três capítulos e visou expandir as aplicações das diazocetonas α,β-insaturadas em química e bioquímica. No primeiro capítulo, as diazocetonas foram apresentadas como plataformas para a síntese direta de amidas e ésteres β,γ-insaturados via Rearranjo de Wolff. Quando diazocetonas derivadas de amino-aldeídos foram utilizadas, isósteros peptídicos foram obtidos como demonstrado na síntese rápida e eficiente do nitróxido JP4-039. No mesmo capítulo, um estudo aprofundado comprovando a eficiência de diferentes lâmpadas comerciais (CFL e LED) para promover o Rearranjo de Wolff é apresentado, representando uma alternativa sustentável. O segundo capítulo é voltado a expansão da química das diazocetonas insaturadas para o estudo de reações de cicloadição [2+2] e [4+2]. Foi demonstrado o preparo dos ésteres precursores para reações de cicloadições via rearranjo de Wolff na presença de álcoois alílicos e as tentativas que culimaram na síntese de um cicloaduto de Diels-Alder. O capítulo 3 foi dedicado ao emprego das diazocetonas α,β-insaturadas para a modificação química específica de proteínas. As diazocetonas foram aplicadas com sucesso para este fim, assim como inspiraram o desenvolvimento de um novo método promissor de bioconjugacão seletiva para cisteínas. / Among the various types of diazocarbonyl substrates found in the literature, α,β-unsaturated diazoketones have shown a number of promising applications as multifunctional intermediates. This thesis is divided into three chapters, aimed at expanding the reactivity of such α,β-unsaturated diazoketones for synthetic chemistry and chemical biology applications. In the first chapter, diazoketones are presented as platforms for the direct synthesis of β,γ-unsaturated amides and esters via a Wolff rearrangement reaction. When diazoketones derived from amino-aldehyde are substrates, peptidic isosters are obtained, as demonstrated in the efficient synthesis of the nitroxide drug, JP4-039. In the same chapter, a study demonstrating the efficiency of several commercial light sources (CFL and LED) to promote the Wolff rearrangement was described, representing a sustainable alternative to UV lamps for this interesting reaction. The second chapter sought to expand the chemistry of unsaturated diazoketones for the study of [2 + 2] and [4 + 2] cycloaddition reactions. The preparation of the precursor esters for cycloaddition reaction was demonstrated by the Wolff rearrangement of precursors in the presence of allylic alcohols, and the attempt then culminated in the synthesis of a Diels-Alder cycloadduct. Chapter 3 was devoted to the use of α,β-unsaturated diazoketones for the site-specific chemical modification of proteins. These have been successfully demonstrated for this purpose, as well as inspiring the development of a promising new method for selective bioconjugation of cysteines.

O presente trabalho descreve 3 abordagens divergentes para obtenção do esqueleto bicíclico presente nos alcaloides indolizidínicos. A primeira abordagem consiste no desenvolvimento de um novo método de preparação de diazocetonas α,β-insaturadas a partir da reação de Horner-Wadsworth-Emmons (HWE) entre diazofosfonato e aldeídos. As dizocetonas α,β-insaturadas obtidas foram utilizadas como bloco de construção do esqueleto cabocíclico indolizidínico, onde o intermediário chave foi obtido através do rearranjo de Wolff. A segunda estratégia consiste no desenvolvimento do acoplamento redutivo entre derivados α-aminocarbonílicos e acrilato de metila mediado por SmI2, onde em apenas duas etapas foram obtidos os intermediários avançados da síntese da (-)-pumiliotoxina 251D e da (+/-)-epiquinamida. A terceira estratégia utiliza como etapa chave a reação de Wittig/HWE intramolecular para preparação do intermediário bicíclico contendo o sistema α,β-insaturado que pode ser utilizado na síntese divergente dessas substâncias. / Herein were described three diverted oriented approaches for the construction of the bicyclic scaffold of indolizidines alkaloids, that figures between one of the most important classes of natural products. In the first approach, a new method to prepare α,β - unsaturated diazoketones was described using the Horner-Wadsworth-Emmons (HWE) reaction between diazophosphonate and aldehydes. The unsaturated diazoketones were used as powerful plataforms to construct the indolizidine carbocyclic scaffold, enploying the Wolff rearrangement as the key step. The second approach was the development of a reductive coupling between α-aminocarbonyl derivatives and methyl acrylate, mediate by SmI2, from this approach, the well-known advanced intermediate for the synthesis of (-)-pumiliotoxin 251D e of the (+/-)-epiquinamide was obtained in only two steps. The third approach uses the intermolecular Wittig/HWE reaction as the key step in the construction of a bicyclic intermediate containing an α,β -unsaturated moiety that could be used for a diverted oriented approach in the indolizidine alkaloids synthesis.

Entre os diferentes tipos de substratos diazocarbonílicos encontrados na literatura, as diazocetonas α,β-insaturadas têm mostrado promissoras aplicações como intermediários multifuncionais. Este trabalho de tese foi dividido em três capítulos e visou expandir as aplicações das diazocetonas α,β-insaturadas em química e bioquímica. No primeiro capítulo, as diazocetonas foram apresentadas como plataformas para a síntese direta de amidas e ésteres β,γ-insaturados via Rearranjo de Wolff. Quando diazocetonas derivadas de amino-aldeídos foram utilizadas, isósteros peptídicos foram obtidos como demonstrado na síntese rápida e eficiente do nitróxido JP4-039. No mesmo capítulo, um estudo aprofundado comprovando a eficiência de diferentes lâmpadas comerciais (CFL e LED) para promover o Rearranjo de Wolff é apresentado, representando uma alternativa sustentável. O segundo capítulo é voltado a expansão da química das diazocetonas insaturadas para o estudo de reações de cicloadição [2+2] e [4+2]. Foi demonstrado o preparo dos ésteres precursores para reações de cicloadições via rearranjo de Wolff na presença de álcoois alílicos e as tentativas que culimaram na síntese de um cicloaduto de Diels-Alder. O capítulo 3 foi dedicado ao emprego das diazocetonas α,β-insaturadas para a modificação química específica de proteínas. As diazocetonas foram aplicadas com sucesso para este fim, assim como inspiraram o desenvolvimento de um novo método promissor de bioconjugacão seletiva para cisteínas. / Among the various types of diazocarbonyl substrates found in the literature, α,β-unsaturated diazoketones have shown a number of promising applications as multifunctional intermediates. This thesis is divided into three chapters, aimed at expanding the reactivity of such α,β-unsaturated diazoketones for synthetic chemistry and chemical biology applications. In the first chapter, diazoketones are presented as platforms for the direct synthesis of β,γ-unsaturated amides and esters via a Wolff rearrangement reaction. When diazoketones derived from amino-aldehyde are substrates, peptidic isosters are obtained, as demonstrated in the efficient synthesis of the nitroxide drug, JP4-039. In the same chapter, a study demonstrating the efficiency of several commercial light sources (CFL and LED) to promote the Wolff rearrangement was described, representing a sustainable alternative to UV lamps for this interesting reaction. The second chapter sought to expand the chemistry of unsaturated diazoketones for the study of [2 + 2] and [4 + 2] cycloaddition reactions. The preparation of the precursor esters for cycloaddition reaction was demonstrated by the Wolff rearrangement of precursors in the presence of allylic alcohols, and the attempt then culminated in the synthesis of a Diels-Alder cycloadduct. Chapter 3 was devoted to the use of α,β-unsaturated diazoketones for the site-specific chemical modification of proteins. These have been successfully demonstrated for this purpose, as well as inspiring the development of a promising new method for selective bioconjugation of cysteines.

O presente trabalho descreve 3 abordagens divergentes para obtenção do esqueleto bicíclico presente nos alcaloides indolizidínicos. A primeira abordagem consiste no desenvolvimento de um novo método de preparação de diazocetonas α,β-insaturadas a partir da reação de Horner-Wadsworth-Emmons (HWE) entre diazofosfonato e aldeídos. As dizocetonas α,β-insaturadas obtidas foram utilizadas como bloco de construção do esqueleto cabocíclico indolizidínico, onde o intermediário chave foi obtido através do rearranjo de Wolff. A segunda estratégia consiste no desenvolvimento do acoplamento redutivo entre derivados α-aminocarbonílicos e acrilato de metila mediado por SmI2, onde em apenas duas etapas foram obtidos os intermediários avançados da síntese da (-)-pumiliotoxina 251D e da (+/-)-epiquinamida. A terceira estratégia utiliza como etapa chave a reação de Wittig/HWE intramolecular para preparação do intermediário bicíclico contendo o sistema α,β-insaturado que pode ser utilizado na síntese divergente dessas substâncias. / Herein were described three diverted oriented approaches for the construction of the bicyclic scaffold of indolizidines alkaloids, that figures between one of the most important classes of natural products. In the first approach, a new method to prepare α,β - unsaturated diazoketones was described using the Horner-Wadsworth-Emmons (HWE) reaction between diazophosphonate and aldehydes. The unsaturated diazoketones were used as powerful plataforms to construct the indolizidine carbocyclic scaffold, enploying the Wolff rearrangement as the key step. The second approach was the development of a reductive coupling between α-aminocarbonyl derivatives and methyl acrylate, mediate by SmI2, from this approach, the well-known advanced intermediate for the synthesis of (-)-pumiliotoxin 251D e of the (+/-)-epiquinamide was obtained in only two steps. The third approach uses the intermolecular Wittig/HWE reaction as the key step in the construction of a bicyclic intermediate containing an α,β -unsaturated moiety that could be used for a diverted oriented approach in the indolizidine alkaloids synthesis.

O trabalho da tese apresentada é focado na aplicação de diazocetonas como intermediários avançados na síntese de sistemas N-heterocíclicos. No primeiro capítulo foi avaliada a reação de aza-Michael sobre as diazocetonas α,β-insaturadas, com o emprego de hidrazinas e hidroxilaminas como nucleófilos. Essa abordagem leva a formação de adutos de aza-Michael, que quando submetidos as reações de inserção N-H ou o rearranjo fotoquímico de Wolff, permitem o acesso aos núcleos de hexaidropiridazinas e 1,2-oxazinanas. Esses núcleos são encontrados em uma série de produtos naturais, apresentando diferentes tipos de atividades biológicas. Tendo isso em vista, foi planejada a aplicação da metodologia desenvolvida nesse capítulo na síntese da 1-(-)-Azafagomina e análogos. O capítulo 2 é focado na síntese de N-heterocíclos bicíclicos a partir de diazocetonas como blocos de construção, sendo esse capítulo foi dividido em duas partes. Na primeira parte foi avaliada à aplicação de diazocetonas α,β-insaturadas N-terminais na síntese de diferentes classes de núcleos N-heterocíclos, como as indolizidinas e pirrolizidinas. A estratégia sintética aplicada nesse tópico foi baseada na remoção de um grupo protetor de nitrogênio, a realização de uma reação de adição de aza-Michael intramolecular, e um rearranjo de Wolff fotoquímico para a construção da unidade bicíclica. Essa abordagem permitiu a obtenção de um escopo variado de núcleos indolizidínicos e pirrolizidínicos em bons rendimentos, e para alguns casos boa diastereosseletividade. A segunda parte desse capitulo teve como foco a síntese de núcleos [1,2,3]-triazólicos bicíclicos fundidos a partir de α-amino diazocetonas. A estratégia empregada para a construção da unidade bicíclica tem como etapa principal a formação in situ de um intermediário α-diazo imina, que via uma ciclização do tipo 5-endo-dig forma o núcleo triazólico bicíclico. A partir dessa abordagem foi possível a sintetizar um escopo variado de triazóis bicíclicos em bons rendimentos. / This work is focused on the application of diazoketones as advanced intermediates in the synthesis of N-heterocyclic systems. In the first chapter the aza-Michael reaction was evaluated on α,β-unsaturated diazoketones with the use of hydrazines and hydroxylamines as nucleophiles. This approach leads to the formation of aza-Michael adducts, which upon submission to the N-H insertion or the photochemical Wolff rearrangement, allows the access to hexahydropyridazine and 1,2-oxazinane cores. These units are found in a variety of natural products with different types of biological activities. Considering that we aimed the application of the developed methodology in the synthesis of the 1-(-)-Azafagomine and their analogues. The Chapter 2 is focused on the synthesis of bicyclic N-heterocyclic from diazoketones as building blocks. This chapter is divided in two parts. In the first part, the α,β-unsaturated N-terminal diazoketones were evaluated in the synthesis of different classes of N-heterocycles, such as indolizidines and pyrrolizidines. The methodology is based on the removal of a nitrogen protecting group, an intramolecular aza-Michael addition, and a photochemical Wolff rearrangement for the construction of the bicyclic unit. This approach not only allowed the synthesis of a broad scope of indolizidines and pyrrolizidines in good yields, but also good diastereoselectivity in some examples. The second part of this chapter was focused on the synthesis of bicyclic [1,2,3] triazolic cores from α-amino diazoketones. The strategy employed for the construction of the bicyclic unit is based on the in situ formation of a α-diazo imine intermediate, which upon a 5-endo-dig cyclization provide the bicyclic triazole core. The developed methodology allowed the synthesis of a varied scope of bicyclic triazoles in good yields.

Pumiliotoxinas e seus congêneres são compostos isolados da pele de algumas espécies de sapos das famílias Dendrobatidae, Mantellidae, Bufonidae, e Myobatrachidae, apresentando interessantes propriedades farmacológicas. As pumiliotoxinas, embora tóxicas, apresentam consideráveis atividades cardiotônicas, assim, acredita-se que as homopumiliotoxinas, as desmetilpumiliotoxinas e as desidrodesmetilpumiliotoxinas também devam apresentar. Nesse sentido, a síntese destes compostos é de extrema valia para a comunidade científica. As diazocetonas α,β-insaturadas são intermediários promissores para a síntese rápida e eficiente de diversos tipos de esqueletos químicos, entre eles, a construção do esqueleto indolizidínico presentes nas pumiliotoxinas. Cabe ressaltar que para as diazocetonas α,β-insaturadas com geometria Z provenientes de amino aldeídos, elas já apresentam a estereoquímica correta para uma direta ciclização para a construção de esqueletos indolizidínicos. Dessa forma, as etapas chaves do trabalho consistiram na preparação de amino aldeídos N-protegidos, na avaliação da reação de Horner-Wadsworth-Emmons para fornecer as diazocetonas α,β-insaturadas com geometria Z, e na reação de inserção N-H intramolecular para a obtenção do ciclo indolizidínico. Outra parte do trabalho consistiu na síntese de imino açúcares de esqueleto piperidínico com cadeias laterais alifáticas (aplicação na química medicinal) e da (-)-1deoxi-altronojirimicina, utilizando-se a mesma metodologia (uso de diazocetonas α,β-insaturadas com geometria Z). / Pumiliotoxins and their congeners are a class of compounds isolated from the skin of some frogs from the Dendrobatidae, Mantellidae, Bufonidae, e Myobatrachidae families, possessing interesting pharmacological activities (cardiotonic activity in low concentrations). Because of the big number of compounds among these toxins (about 100), synthetic methodologies that provide the preparation of these compounds (as well as analogues) in great amounts and in a fast and efficient way using common intermediates, are very important for application in chemical-biology. The α,β-unsaturated diazoketones are promising intermediates for the rapid and efficient synthesis of a range of chemical skeletons, among them, the construction of indolizidine skeleton that pumiliotoxins present. It is important to note that α,β-unsaturated diazoketones with Z geometry (prepared from amino aldehydes) have already the correct stereochemistry for a direct cyclization to construct indolizidine skeletons. The key steps of the work consisted in the preparation of N-protected amino aldehydes, evaluation of Horner-Wadsworth-Emmons reaction in order to obtain α,β-unsaturated diazoketones with Z geometry, and the intramolecular N-H insertion reaction to provide the indolizidine cycle. Another part of the work consisted in the synthesis of iminosugars with piperidine core and aliphatic side chains (application in medicinal chemistry) and in the synthesis of (-)-1-deoxy-altronojirimycin, applying the same methodology (use of α,β-unsaturated diazoketones with Z geometry).

Pumiliotoxinas e seus congêneres são compostos isolados da pele de algumas espécies de sapos das famílias Dendrobatidae, Mantellidae, Bufonidae, e Myobatrachidae, apresentando interessantes propriedades farmacológicas. As pumiliotoxinas, embora tóxicas, apresentam consideráveis atividades cardiotônicas, assim, acredita-se que as homopumiliotoxinas, as desmetilpumiliotoxinas e as desidrodesmetilpumiliotoxinas também devam apresentar. Nesse sentido, a síntese destes compostos é de extrema valia para a comunidade científica. As diazocetonas α,β-insaturadas são intermediários promissores para a síntese rápida e eficiente de diversos tipos de esqueletos químicos, entre eles, a construção do esqueleto indolizidínico presentes nas pumiliotoxinas. Cabe ressaltar que para as diazocetonas α,β-insaturadas com geometria Z provenientes de amino aldeídos, elas já apresentam a estereoquímica correta para uma direta ciclização para a construção de esqueletos indolizidínicos. Dessa forma, as etapas chaves do trabalho consistiram na preparação de amino aldeídos N-protegidos, na avaliação da reação de Horner-Wadsworth-Emmons para fornecer as diazocetonas α,β-insaturadas com geometria Z, e na reação de inserção N-H intramolecular para a obtenção do ciclo indolizidínico. Outra parte do trabalho consistiu na síntese de imino açúcares de esqueleto piperidínico com cadeias laterais alifáticas (aplicação na química medicinal) e da (-)-1deoxi-altronojirimicina, utilizando-se a mesma metodologia (uso de diazocetonas α,β-insaturadas com geometria Z). / Pumiliotoxins and their congeners are a class of compounds isolated from the skin of some frogs from the Dendrobatidae, Mantellidae, Bufonidae, e Myobatrachidae families, possessing interesting pharmacological activities (cardiotonic activity in low concentrations). Because of the big number of compounds among these toxins (about 100), synthetic methodologies that provide the preparation of these compounds (as well as analogues) in great amounts and in a fast and efficient way using common intermediates, are very important for application in chemical-biology. The α,β-unsaturated diazoketones are promising intermediates for the rapid and efficient synthesis of a range of chemical skeletons, among them, the construction of indolizidine skeleton that pumiliotoxins present. It is important to note that α,β-unsaturated diazoketones with Z geometry (prepared from amino aldehydes) have already the correct stereochemistry for a direct cyclization to construct indolizidine skeletons. The key steps of the work consisted in the preparation of N-protected amino aldehydes, evaluation of Horner-Wadsworth-Emmons reaction in order to obtain α,β-unsaturated diazoketones with Z geometry, and the intramolecular N-H insertion reaction to provide the indolizidine cycle. Another part of the work consisted in the synthesis of iminosugars with piperidine core and aliphatic side chains (application in medicinal chemistry) and in the synthesis of (-)-1-deoxy-altronojirimycin, applying the same methodology (use of α,β-unsaturated diazoketones with Z geometry).