Heteroaryl nitrone spin traps have been suggested to act as free radical scavengers. The geometry optimizations and the single-point energies of the spin trapping reactions of the heteroaryl nitrones, 5,5-dimethylpyrroline-N-oxide (DMPO) and α-phenyl-N-t-butylnitrone (PBN) have been computationally studied using ab initio (Hartree-Fock (HF) and second-order Møller-Plesset (MP2)) methods and Density Functional Theory (DFT) methods. The effects of new heteroaryl substituents on a parent nitrone spin trap have been examined at the HF and MP2 levels with the 6-31G*, and cc-pVnZ (n=D, T, Q) basis sets. The thermodynamics of the spin trapping at the C-site and O-site with •H, •CH3 and •OH radicals were studied at the HF/6-31G* and DFT/m06/6-31G* levels. The addition reactions favor at the C-sites and the double adducts are thermodynamically more stable than the mono adducts. The spin trapping of DMPO, PBN and α(Z)-(3-methylfuroxan-4-yl)-N-tert-butylnitrone (FxBN) with •OH have also been studied.

L'azaelliptitoxine, molécule antitumorale, a été élaborée par modélisation moléculaire à partir des structures de l'ellipticine et de l'étoposide. La présence de deux motifs 2 et 3-indolylméthanamines dans le squelette de ses dérivés 11-aminés, aussi biologiquement actifs, nous a conduit à développer deux stratégies de synthèse stéréosélectives de ces composés, basées sur la méthodologie d'addition nucléophile de l'indole sur les nitrones alpha-chirales développée au laboratoire. La première stratégie a nécessité la préparation énantiosélective d'un nouveau sérinal précurseur de la nitrone considérée, dont le motif bêta-aminoalcool est protégé sous la forme d'une oxazolidinone. L'addition nucléophile de l'indole en milieu acide sur cette nitrone a permis l'obtention de deux hydroxylamines diastéréoisomères, conduisant à la formation stéréosélective de quatre dérivés 11-aminés de l'azaelliptitoxine avec de bons rendements. Une seconde stratégie a été imaginée, mettant en jeu une addition nucléophile d'un 2-lithioindole sur deux dérivés électrophiles de type N-Boc-oxazolidine ou nitrone, dérivés de la L-sérine. Les travaux réalisés ont permis d'accéder à certains de ces intermédiaires clé. Cette étude nous a permis de mettre en évidence des conditions de pivaloylation chimiosélective du noyau indolique vs. une fonction amine secondaire. Les études résultant de la déprotection de ce noyau indolique ont montré une déprotection chimiosélective de ce même noyau vis-à-vis d'une amine primaire préalablement N-pivaloylée, mais aussi une déprotection chimiosélective des amines secondaires préalablement N-pivaloylée vis-à-vis des amines pimaires.

Le but de cette thèse consistait en l'amélioration de l'activité thérapeutique d'agents anti-radicalaires synthétiques de type nitroxyde et nitrone. Ces deux classes d'antioxydants synthétiques ont été choisies pour leur très bonne activité de piégeurs de radicaux libres, des substances particulièrement délétères et impliquées à l'heure actuelle dans un grand nombre de pathologies. Dans une première partie de ce travail, des nitroxydes ont été fonctionnalisés par des transporteurs amphiphiles dérivés de la lysine et de l'acide aspartique, puis une deuxième approche a consisté en la modification d'une nitrone, l'alphaphényl-N-tert-butyl-nitrone (PBN) par des groupements polaires et apolaires. Les études physico-chimiques ont ensuite permit de caractériser les propriétés d'auto-assemblage en milieux aqueux de ces composés ainsi que leur caractère hydrophobe et leurs propriétés antioxydantes. Enfin, des études biologiques ont mis en évidence les propriétés protectrices de ces molécules vis-à-vis des phénomènes de stress oxydant sur des modèles in vitro et in vivo.

β-lactam antibiotics have been the most widely used drug of choice to combat infectious disease caused by bacteria. Unfortunately, their effectiveness is drastically threatened by bacterial β-lactamases. β-lactamases is responsible for the resistance to most antibiotic drugs. For decades, β-lactam β-lactamases inhibitors have been used to reduce bacterial resistance; however, in this study 1,2,4-oxadiazolidinone derivatives as a non-β-lactam β-lactamases inhibitor against TEM-1 and P99 β-lactamases. The significance of oxadiazolidinone is the prominent five-membered ring scaffold in its structure, which is configurationally stable and present in other biologically active compounds such as linezolid and avibactam. Oxadiazolidinones were synthesized by treating nitrones with isocyanates. The synthesized compounds were characterized using 1H and 13C NMR, GC-MS, and FTIR. Afterward, they were tested using Nitrocefin as substrate to determine their effectiveness against TEM-1 and P99 serine β-lactamase. Compound 2a-2c, and 3 showed inhibition ranging from 12-38%.

Chiral amines are ubiquitous in natural products and are found in many drugs and drug candidates. Enantiopure sulfinimines [RS(O)N=CHR1] are useful chiral building blocks for the stereoselective synthesis of amines and amine derivatives. The aim of this thesis research is to develop new methods to access chiral amine building blocks for applications in the synthesis of nitrogen-heterocycles including ring-substituted tropinones, tropanes, cyclic cis-beta-amino acid derivatives, and amino-cyclopentitols. / Chemistry

Com o crescente clamor da sociedade por tecnologias mais benignas ao ambiente, as reações de síntese orgânica devem se guiar por práticas mais sustentáveis. Nesse campo, o conceito da Green Chemistry e seus doze princípios são um norte para o desenvolvimento de novas rotas. Neste estudo, tem-se buscado a redução ou eliminação do uso de solventes e a adaptação dos sistemas de reação para operação em temperatura ambiente. O objetivo principal consiste da preparação de compostos nitrogenados com potencial aplicação como intermediários de fármacos, através de processos de redução, oxidação e cicloadição. Na primeira etapa, aldeídos aromáticos (benzaldeído, 4-anisaldeído, furfural, acetato de vanilina e vanilina) e aminas primárias (anilina, benzilamina e furfurilamina) foram combinados de maneiras diferentes, à temperatura ambiente, para originar nove iminas distintas. Na segunda etapa, as iminas foram reduzidas às aminas secundárias correspondentes com NaBH4 ativado por B(OH)3, em condições preferencialmente livres de solvente. Na etapa seguinte, nitronas foram preparadas por oxidação das aminas secundárias com H2O2 na presença de Na2WO4.2H2O como catalisador. Por fim, sete das nitronas geradas nesse processo foram tratadas com compostos vinílicos, notadamente o n-butil vinil éter, a N-vinil caprolactama, e a quinidina, visando à formação de isoxazolidinas por cicloadição 1,3-dipolar. / With the growing clamor of the society for technologies more benign to the environment, the reactions of organic synthesis should be guided by more sustainable practices. In this field, the concept of Green Chemistry and their twelve principles guide the development of new routes. In this study, we have sought to reduce or eliminate the use of solvents, and the adaptation of reactive systems for operation at room temperature. The main goal consists of preparing nitrogen compounds with potential use as pharmacon intermediates, through processes of reduction, oxidation and cycloaddition. In the first stage, aromatic aldehydes (benzaldehyde, furfural, 4-anisaldehyde, vanillin acetate and vanillin) and primary amines (aniline, benzylamine and furfurylamine) were combined in different ways, at room temperature, to create nine different imines. In the second stage, the imines were reduced to the corresponding secondary amines with NaBH4, with activation by B(OH)3, in rather solvent-free conditions. In the next step, nitrones were prepared by oxidation of the secondary amines with H2O2 in the presence of Na2WO4.2H2O as catalyst. Finally, seven nitrones were treated with vinyl compounds, especially n-butyl vinyl ether, N-vinyl caprolactam, and quinidine, for the formation of isoxazolidines by 1,3-dipolar cycloaddition.

Com o crescente clamor da sociedade por tecnologias mais benignas ao ambiente, as reações de síntese orgânica devem se guiar por práticas mais sustentáveis. Nesse campo, o conceito da Green Chemistry e seus doze princípios são um norte para o desenvolvimento de novas rotas. Neste estudo, tem-se buscado a redução ou eliminação do uso de solventes e a adaptação dos sistemas de reação para operação em temperatura ambiente. O objetivo principal consiste da preparação de compostos nitrogenados com potencial aplicação como intermediários de fármacos, através de processos de redução, oxidação e cicloadição. Na primeira etapa, aldeídos aromáticos (benzaldeído, 4-anisaldeído, furfural, acetato de vanilina e vanilina) e aminas primárias (anilina, benzilamina e furfurilamina) foram combinados de maneiras diferentes, à temperatura ambiente, para originar nove iminas distintas. Na segunda etapa, as iminas foram reduzidas às aminas secundárias correspondentes com NaBH4 ativado por B(OH)3, em condições preferencialmente livres de solvente. Na etapa seguinte, nitronas foram preparadas por oxidação das aminas secundárias com H2O2 na presença de Na2WO4.2H2O como catalisador. Por fim, sete das nitronas geradas nesse processo foram tratadas com compostos vinílicos, notadamente o n-butil vinil éter, a N-vinil caprolactama, e a quinidina, visando à formação de isoxazolidinas por cicloadição 1,3-dipolar. / With the growing clamor of the society for technologies more benign to the environment, the reactions of organic synthesis should be guided by more sustainable practices. In this field, the concept of Green Chemistry and their twelve principles guide the development of new routes. In this study, we have sought to reduce or eliminate the use of solvents, and the adaptation of reactive systems for operation at room temperature. The main goal consists of preparing nitrogen compounds with potential use as pharmacon intermediates, through processes of reduction, oxidation and cycloaddition. In the first stage, aromatic aldehydes (benzaldehyde, furfural, 4-anisaldehyde, vanillin acetate and vanillin) and primary amines (aniline, benzylamine and furfurylamine) were combined in different ways, at room temperature, to create nine different imines. In the second stage, the imines were reduced to the corresponding secondary amines with NaBH4, with activation by B(OH)3, in rather solvent-free conditions. In the next step, nitrones were prepared by oxidation of the secondary amines with H2O2 in the presence of Na2WO4.2H2O as catalyst. Finally, seven nitrones were treated with vinyl compounds, especially n-butyl vinyl ether, N-vinyl caprolactam, and quinidine, for the formation of isoxazolidines by 1,3-dipolar cycloaddition.

Le pyrrole est un hétérocycle souvent présent dans les produits naturels et les composés biologiquement actifs. Son étude intensive en synthèse organique est donc d'un grand intérêt. Ainsi, la première réaction acido-catalysée de pyrroles sur des nitrones, reportée par notre équipe, a conduit selon les conditions expérimentales employées, soit aux 2,2-bis(pyrrolyl)alcanes symétriques, soit aux N-benzylhydroxylamines pyrroliques de façon sélective. Les N-hydroxylamines pyrroliques sont des composés intéressants et ont été le point de départ des deux études méthodologiques développées dans ce manuscrit. Les bis(pyrrolyl)alcanes non symétriques ont pu être synthétisés efficacement et avec une bonne diversité, en une étape, par réaction entre des N-hydroxylamines pyrroliques et des pyrroles. La méthode a aussi permis la préparation de ter(pyrrolyl)alcanes symétriques et non symétriques. Une application de cette méthodologie a été la préparation de marqueurs de fluorescence F-Bodipy® non symétriques. Ces derniers ont été obtenus pour la première fois et avec de bons rendements, directement à partir de 2,2'-bis(pyrrolyl)alcanes non symétriques. De plus, un F-Bodipy® présentant une chiralité axiale a pu être synthétisé. Nous avons également étudié l'accès aux acides a-N-hydroxyaminés, analogues N-hydroxylés des acides a-aminés. Une réaction hautement diastéréosélective entre le pyrrole et une nitrone cyclique chirale a donné accès à une hydroxylamine pyrrolique. Une séquence en trois étapes a permis d'obtenir un a-N-hydroxyamino ester avec un bon rendement et un bon excès énantiomère de 80%. La méthode a ensuite été appliquée à d'autres hétéroaromatiques pyrroliques, indoliques et furaniques. Aucun acide a-N-hydroxaminé comportant l'un de ces hétérocycles n'était décrit précédemment dans la littérature. Les rendements globaux obtenus sont bons (36-62%) et les excès énantiomères peuvent atteindre des valeurs ≥ 98%.

Orientador: Prof. Dr. Artur Franz Keppler / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC. Programa de Pós-Graduação em Ciência e Tecnologia/Química, 2016. / Em termos gerais, o estresse oxidativo decorre de um desequilibrio entre a geracao de compostos oxidantes e a atuacao dos sistemas de defesa antioxidante. Quando sao formadas quantidades significativas de radicais livres, estes conduzem ao estresse oxidativo, responsavel por varias desordens fisiologicas, podendo levar ate mesmo a morte celular. O termo radical livre refere-se ao atomo ou molecula altamente reativo, que contem numero impar de eletrons em sua ultima camada eletronica. Sendo assim, ha uma necessidade de desenvolvimento de compostos que captem esses radicais livres em sistemas biologicos, para que essas deficiencias e tambem uma possivel morte celular sejam evitadas. Atualmente existem varios compostos que possuem em geral o grupamento nitrona ou nitroso. As nitronas sao conhecidas como captadores de radicais livres, visto sua afinidade por especies paramagneticas de oxigenio, possuindo grande capacidade de minimizar o efeito deleterio de especies paramagneticas em sistemas vivos, pois estes reagem com uma variedade de diferentes radicais livres para formar adutos nitroxidos, como se fossem garmadilhash (traps) para os radicais livres (spin). Porem, ha uma grande dificuldade em detectar esses radicais, pois seu tempo de vida e curto e rapido e isto gera um grande problema de analise, impedindo a sua medicao direta e dificultando sua quantificacao. Varios metodos espectrofotometricos podem ser aplicados, mas a maioria apresenta varias limitacoes analiticas, que os impedem de serem eficazes e reprodutiveis, como a especificidade e a baixa sensibilidade a certos radicais livres. O objetivo deste trabalho foi identificar a melhor tecnica para acompanhar o processo de transformacao das nitronas durante uma condicao oxidativa, criar uma metodologia analitica e identificar os produtos gerados durante este processo. Comparando duas diferentes tecnicas analiticas, espectroscopia UV-VIS e HPLC, foi possivel determinar que a cromatografia liquida e a mais apropriada para acompanhar a reatividade das ¿¿-aril-N-aril nitronas durante uma reacao Fenton. Alem de reprodutivel, o emprego do HPLC demonstrou-se mais completo do que o uso da espectroscopia de UV, pois a separacao cromatografica permitiu determinar o numero de especies geradas durante a reacao e, dessa maneira, determinar a reatividade das moleculas em estudo / In general terms, oxidative stress results from an desproportional generation between oxidants and compounds of antioxidant defense systems. When are formed significant amounts of free radicals, they lead to oxidative stress, responsible for many physiological disorders and may even lead to cell death. The free radical term refers to the atom or highly reactive molecule that contains odd number of electrons in its last electron shell. Thus, there is a need to develop compounds capable to capture these free radicals in biological systems so that these shortcomings and also a possible cell death are avoided. There are several compounds formed by nitrone or nitrous grouping. Nitrones are known as free radical spin trap, because of its affinity for paramagnetic oxygen species, having large capacity to minimize the deleterious effect of paramagnetic species in living systems, since these react with a variety of different free radicals to form adducts nitroxides. However, there is great difficulty in detecting these radicals, because their lifetime is short and fast, leading a large analysis problems by preventing their direct measurement and making it difficult to quantify. Several spectroscopic methods can be applied, but most have analytical limitations that prevent them from being effective and reproducible, as the specificity and low sensitivity to certain free radicals. The objective of this study was to identify the best technique to monitor the process of transformation of nitrones during oxidative condition, create an analytical methodology and identify the products generated during this process. Comparing two different analytical techniques, UV-VIS spectroscopy and HPLC, it was determined that the liquid chromatography is most suitable for monitoring the reactivity of á-aryl-N-aryl nitrones during a Fenton reaction. In addition to reproducibility, the use of HPLC proved to be more complete than UV spectroscopy, because the chromatographic separation allowed the determination of the number of species generated during the reaction and thereby determine the reactivity of the molecules under study.

La chimie des nitrones est un outil performant en synthèse organique pour accéder à des composés aminés ou N-hydroxyaminés. Très électrophiles, les nitrones peuvent subir facilement des additions nucléophiles conduisant à des N-hydroxylamines. En particulier, la réaction des N-benzylnitrones α-aminées avec des noyaux indoliques permet d'obtenir des N hydroxylamines indoliques β-aminées avec de bons rendements. Celles-ci sont d'excellents intermédiaires-clefs dans la synthèse d'alcaloïdes indoliques bio-actifs d'origine marine comportant le motif 1-(3'-indolyl)-1,2-diaminoéthane tels que le discodermindole, les nortopsentines, les topsentines ou encore les hamacanthines. Nous avons donc développé des voies de synthèse permettant d'obtenir ces alcaloïdes indoliques à partir de N-hydroxylamines indoliques β-aminées. <br /><br />Cependant, la difficulté de déprotection du groupement protecteur benzyle en présence de fonctionnalités chimiques sensibles à l'hydrogénolyse nous a amené à concevoir une nouvelle famille de nitrones protégées par un carbamate de tert-butyle. Celles-ci, après addition nucléophile de réactifs organométalliques, conduisent à des N (Boc) N hydroxylamines dont le groupement protecteur Boc est aisément éliminé en milieu acide. Cette méthode a permis d'accéder à de nouveaux synthons pouvant être facilement valorisés en synthèse organique. Nous avons appliqué cette méthodologie de synthèse à la préparation du zileuton, un composé inhibiteur de la 5-lipoxygénase, ainsi qu'à la préparation de 1,2-diamines indoliques β-aminées, comportant le motif 1-(3'-indolyl)-1,2-diaminoéthane, intermédiaire-clefs dans la synthèse des alcaloïdes indoliques choisis pour cibles. <br /><br />Nous avons ensuite tenté de préparer des N-sulfinyl nitrones, dont le groupement protecteur électroattracteur chiral pourrait facilement être éliminé en milieu acide et induire de bonnes diastéréosélectivités lors d'additions nucléophiles. <br /><br />Enfin, nous présentons les activités biologiques de plusieurs composés issus de ce travail. Nous avons évalué leur cytotoxicité, l'activité inhibitrice de la protéine kinase CK2, l'activité antibactérienne sur Staphylococcus aureus et enfin l'activité inhibitrice de la pompe d'efflux NorA de Staphylococcus aureus.