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Presented as Thesis (Ph. D.)--University of Wisconsin--Madison, 1918. / Collective title from added thesis t.p. Reprinted from Journal of the American Chemical Society, vol. XLI, no. 3 (Mar. 1919). Includes bibliographical references.

The research on phosphorus-chalcogen compounds enjoys a long tradition in the field of inorganic chemistry, which has led to applications such as strike-anywhere matches, precursors for metal chalcogenide thin films and versatile reagents in organic synthesis. Whereas a wide range of phosphorus-sulfur and -selenium systems is known, the literature lacks information about compounds incorporating phosphorus-tellurium bonds. This thesis describes fundamental studies that develop the basic understanding of the synthesis of phosphorus-tellurium systems and the structural characteristics of these species. The focus will be on cyclic structural motifs as these offer novel bonding modes and often an interesting reactivity. In addition, the novel compounds are compared with the properties of the sulfur and selenium analogues. Three different approaches were developed to stabilise and study compounds incorporating phosphorus-tellurium bonds: a) Stabilisation of binary organophosphorus-tellurium heterocycles by bulky substituents, b) the utilisation of P₂N₂ rings based on the dianions [{EP(NtBu)(μ-NtBu)}₂]²⁻ (E = S, Se, Te) and c) the peri-substitution of phosphorus and tellurium atoms on an acenaphthene backbone. The use of sterically demanding substituents led to the isolation of the first series of structurally characterised organophosphorus(III)-tellurium heterocycles of the type (RP)[sub]nTe[sub]m including three- to six-membered ring systems. The mild oxidation of [{EP(NtBu)(μ-NtBu)}₂]²⁻ (E = S, Se, Te) with iodine yielded macrocyclic (S, Se) or oligomeric systems (Te). Furthermore, a collection of novel P₂N₂-supported phosphorus-chalcogen heterocycles incorporating main group elements was synthesised employing [{EP(NtBu)(μ-NtBu)}₂]²⁻ (E = S, Se, Te) in metathetical reactions with main group element halides. Extension of this approach to transition metal halides generated some unusual metallocycles, as well as macrocycles and ladders incorporating coinage metals. The first peri-substituted phosphorus-tellurium species were studied regarding their interatomic and intermolecular forces. Systems of the general formula RTe–Acenap–P(iPr)₂ were shown to exhibit extensive through-space spin-spin coupling. In addition, the influence of oxidation and complexation on these interactions was investigated and the formation of peri-substituted phosphorus-tellurium cations exhibiting P–Te bonds was observed.

O melanoma metastático apresenta um alto grau de heterogeneidade, o que aumenta a dificuldade de sucesso no tratamento, com altos níveis de resistência e recidiva nos pacientes. Mesmo os avanços atuais não apresentaram a taxa de eficácia esperada no tratamento do melanoma. Estudos mostraram compostos de telúrio apresentando efeitos de seletividade em direção a células tumorais, poupando células saudáveis, chamado de efeito sensor efetor. Assim, testamos dois compostos orgânicos enantioméricos de telúrio sobre a biologia celular de linhagens de melanócitos e melanoma metastático. Os resultados mostraram que os compostos apresentam o efeito sensor efetor, e atuam sobre a morfologia das células tumorais sem afetar as células normais. Verificamos alterações de ciclo celular, entretanto não encontramos morte celular por ativação de caspase 9. Também encontramos efeitos genotóxicos para uma das linhagens. Os resultados encontrados colocam essas organoteluranas como promissoras drogas no tratamento de melanoma metastático. / Metastatic melanoma displays a high degree of heterogeneity, which increases difficulty of treatment success, with high levels of resistance and relapse in patients. Even the current advances have not shown the efficacy rate expected for the treatment of melanoma. Studies showed that tellurium compounds display selective effects towards tumour cells, sparing healthy ones, called sensor effector effect. Thus, we tested two enantiomeric organotellurium compounds on the cell biology of melanocyte and metastatic melanoma cell lines. Results showed that the compounds possess the sensor effector effect and act on tumour cells morphology without affecting healty cells. We found cell cycle alterations, however we did not find cell death by activation of caspse 9. We also found genotoxic effects for one of the cell lines. The results set these organotelluranes as promising drugs for the treatment of metastatic melanoma.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Glutathione peroxidase (GPx; EC 1.11.1.9) is a well-known selenoenzyme that catalyzes the reduction of hydrogen peroxide and some organic hydroperoxides by glutathione (GSH) and protects lipid membranes and other cellular components against oxidative stress, which is related to many diseases and this enzyme is regarded as one of the most important antioxidant enzymes in living organisms. Because the natural GPx has some shortcomings (e.g. instability and poor availability), scientists have paid more attention to its artificial imitation. Synthetic organoselenium and organotellurium compounds have emerged as excellent candidates to act as GPx mimics. Thus, in this study, several aminoacids derivatives containing selenium or tellurium were tested in order to evaluate their in vitro (i) GPx mimic properties (or GPx like activity) according to the model reaction (H202 + 2PhSH → PhSSPh + 2H20); (ii) catalytic properties, (iii) reactivity with low molecular weight thiols (reduced glutathione, captopril and dithiothreitol) and (iv) their effect against lipid peroxidation have been performed. All compounds tested in this study showed ability to imitate de antioxidant enzyme GPx, but this property showed a dependence on the aminoacid residue and steric effect. Compounds C, D and 7g derivatives were found as the best catalysts in reducing peroxides, in comparison with other compounds tested. These results suggest that aminoacids derivatives compounds containing selenium or tellurium used in this work can be considered promising GPx mimetics. / A Glutationa Peroxidase (GPx; EC 1.11.1.9) é uma selenoenzima que catalisa a redução do peróxido de hidrogênio e hidroperóxidos orgânicos na presença de glutationa (GSH). Sua ação catalítica evita, desta forma, a oxidação dos lipídios constituintes da membrana, bem como de outros componentes celulares. Sabe-se que a produção excessiva de espécies reativas de oxigênio (EROs) está relacionada ao surgimento de muitas doenças, e a enzima GPx é considerada uma das mais importantes enzimas antioxidantes presentes nos organismos vivos, sendo necessária para auxiliar na proteção contra estas patologias. No entanto, a enzima GPx possui algumas desvantagens tais como, instabilidade e pouca viabilidade no que diz respeito a uma possível administração oral ou endovenosa, por isso, surgiu o interesse na síntese de compostos que possam mimetizar o mecanismo de ação dessa enzima. Dados da literatura têm demonstrado que os compostos orgânicos sintéticos de selênio (Se) e telúrio (Te) são excelentes miméticos da enzima GPx. Assim, neste estudo, uma série de compostos orgânicos derivados de aminoácidos contendo Se e Te na estrutura foram testados com a finalidade de avaliação in vitro da (i) atividade mimética da GPx (ou tipo GPx, isto é, GPx like activity ) de acordo com a reação H2O2 + 2PhSH PhSSPh + 2H2O; (ii) propriedades catalíticas destes compostos, (iii) reatividade e possível oxidação dos compostos tiólicos de baixo peso molecular (glutationa reduzida, captopril e ditiotreitol) e o (iv) efeito contra a peroxidação lipídica. Todos os compostos utilizados neste trabalho demonstraram atividade mimética à GPx; porém, essa propriedade apresentou uma dependência em relação ao resíduo de aminoácido presente na estrutura do composto, bem como influência estérica. Os disselenetos C, D e os derivados do telureto 7g foram os mais eficazes na redução de peróxidos quando comparados aos demais compostos utilizados neste estudo. Portanto, estes resultados sugerem que os compostos orgânicos derivados de aminoácidos contendo Se ou Te podem ser considerados miméticos importantes da GPx.

It is known that most chemical agents readily cross the placenta and thus may be considered that maternal exposure to external agents can result in toxic effects on embryo-fetal organism. Considering the chemical characteristics of organotellurium compounds, such as lipid solubility and molecular weight that facilitate the cross placental barrier, toxicological studies should be conducted to verify the effects of these compounds on intrauterine development in experimental models. Furthermore, organotellurium compounds have been reported as a promising alternative in health by showing pharmacological properties in different models in which oxidative stress plays a role. Based on these considerations, this thesis investigated the toxic effects of organotellurium compounds, with emphasis on embryonic and fetal development in mice. Article 1, the maternal exposure to diphenyl ditelluride (PhTe)2 at single dose of 60 mg/kg, s.c on GD 4 or GD 14 was embryotoxic in the absence of maternal toxicity but different from the results in rats, which was toxic to the dams and teratogenic to fetus at dose extremely lower than that of mice. These findings showed that pharmacokinetic factors may be involved in susceptibility to teratogenesis differences between rats and mice as well as the period of gestation. In the first manuscript, mice orally exposed to a single dose of 32.8 mg/kg of 1-butyltellurenyl-2-methyl thioheptene (BTMT) at GD 8, one day of the organogenesis period, did not altered the parameters of maternal and fetal oxidative stress, but was embryolethal in the absence of maternal toxicity. These results indicate embryolethality caused by BTMT in mice. In the second manuscript, the exposure to 2-phenylethynyl-butyl tellurium (PEB) in mice at single dose of 10 mg/kg did not induce maternal toxicity, but affect the reproductive sucess at GD 14. In mice, the acute exposure to different organotellurium compounds at doses considerably high showed adverse effects on intrauterine development ranging from discrete embryotoxic insult to embryolethality. We assume that the main reason for the different effects found for PEB and BTMT when compared to (PhTe)2 is that the molecular structures of these organotellurium are very different. Ditellurides are more reactive than tellurides because of the weak Te-Te bond when compared to the Te-carbon bond, since biotransformation process has been seem to be important for the actions of these compounds in vivo. Together, these data suggest that acute exposure to different organic compounds of tellurium induced adverse effects on intrauterine development dependent on the route of administration, the chemical structure of compounds, dose, animal species and period of gestation, therefore making it difficult to compare effects seen in the article with the results of manuscripts 1 and 2, but that does not impossible or discarded the importance of continuity and further research into the pharmacological and toxicological properties of these compounds. / É sabido que a maioria dos agentes químicos atravessam facilmente a placenta e, dessa maneira, pode-se considerar que a exposição materna a agentes externos pode resultar em efeitos tóxicos sobre o organismo embrio-fetal. Considerando as características químicas dos compostos orgânicos de telúrio, tais como a solubilidade lipídica e o peso molecular o que possibilitaria a passagem pela barreira placentária, estudos toxicológicos devem ser conduzidos a fim de verificar os efeitos desses compostos sobre o desenvolvimento intrauterino em modelos experimentais. Além do mais, compostos orgânicos de telúrio têm sido vistos como uma alternativa promissora na área da saúde por apresentarem propriedades farmacológicas em diferentes modelos em que o estresse oxidativo está envolvido. Baseado nisso, esta tese propôs verficar o efeito toxicológico de compostos orgânicos de telúrio com ênfase sobre o desenvolvimento embrionário e fetal em camundongos. No artigo 1, a exposição materna ao ditelureto de difenila (PhTe)2 na dose aguda de 60 mg/kg, via subcutânea, foi embriotóxico no 4º e 14º dia de gestação e na ausência de toxicidade materna, mas diferente dos resultados obtidos em ratos (em nosso laboratório), que foi tóxico para as mães e teratogênico para os fetos, com dose extremamente inferiores a de camundongos. Esses achados mostram que fatores farmacocinéticos podem estar envolvidos na diferença de suscetibilidade a teratogênese entre ratos e camundongos, como também o período da gestação. No manuscrito 1, a administração aguda de 1-butiltelurenil-2-metil tiohepteno (BTMT) na dose de 32,8 mg/kg, via oral, no 8º dia de gestação, um dos dias do período da organogênese em camundongos, não alterou os parâmetros de estresse oxidativo materno e fetal, porém foi embrioletal na ausência de toxicidade materna. Esses resultados indicaram a embrioletalidade causada pelo BTMT. No manuscrito 2, a administração de 2-feniletinil-butil telúrio (PEB) na dose aguda por via oral de 10 mg/kg não induz a toxicidade materna, mas afeta o sucesso reprodutivo no 14º dia de gestação. Pode-se supor que a principal razão para os efeitos diferentes encontrados para o PEB e ao BTMT quando comparados com o (PhTe)2, é que a estrutura química dos diteluretos e dos monoteluretos, já estudadas e relatadas na literatura é muito diferente. Isso porque os diteluretos são mais reativos que teluretos por causa da fraca ligação Te-Te quando comparado com a ligação Te-carbono, uma vez que o processo de biotransformação parece ser importante para as ações desses compostos in vivo. Juntos, estes dados sugerem que a exposição aguda aos diferentes compostos orgânicos de telúrio induziu a efeitos adversos sobre o desenvolvimento intrauterino dependentes da via de administração, estrutura química dos compostos, dose, espécie animal e período da gestação, portanto, tornando difícil a comparaçao dos efeitos observados no artigo com os resultados dos manuscritos 1 e 2, mas que não impossibilitam ou descartam a continuidade e a importância de pesquisas adicionais sobre as propriedades farmacológicas e toxicológicas destes compostos.

京都大学 / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(工学) / 甲第22014号 / 工博第4626号 / 新制||工||1721(附属図書館) / 京都大学大学院工学研究科高分子化学専攻 / (主査)教授 山子 茂, 教授 辻井 敬亘, 教授 竹中 幹人 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Philosophy (Engineering) / Kyoto University / DGAM

京都大学 / 新制・課程博士 / 博士(工学) / 甲第24814号 / 工博第5157号 / 新制||工||1985(附属図書館) / 京都大学大学院工学研究科高分子化学専攻 / (主査)教授 山子 茂, 教授 辻井 敬亘, 教授 大内 誠 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Philosophy (Engineering) / Kyoto University / DGAM

Esta tese descreve, em dois diferentes capítulos, a síntese assimétrica da Malevamida D e a aplicação de compostos organotelúrio em reações de Suzuki-Miyaura. O primeiro capítulo refere-se ao estudo da síntese assimétrica da Malevamida D, um depsipeptídeo natural pertencente à família das dolastatinas, compostos estes com grande atividade citotóxica. As unidades DAP e MMMAH foram alcançadas em ótimos redimentos e estereosseletividades, utilizando-se reações de adição de crotil ou aliltrifluoroborato de potássio à aldeídos derivados da L-prolina e L-isoleucina, respectivamente. A elongação da cadeia da malevamida D se fez a partir de reações de esterificação e amidação; infelizmente não foi possível completar a síntese devido a problemas na última reação de acoplamento peptídico. O segundo capítulo descreve as reações entre teluretos aromáticos ou vinílicos e sais de organotrifluoroborato de potássio, mediadas por um catalisador de paládio. A partir destas reações de acoplamento cruzado tipo Suzuki-Miyaura foi possível obter-se 1,3-eninos, sistemas biarílicos, (E)- ou (Z)-estilbenos e 1,3-dienos. Todas as reações mostraram serem tolerantes a uma grande variedade de grupos funcionais e altamente estereoconservativas, nos casos envolvendo substratos vinílicos. / This thesis describes, in two different chapters, the asymmetric synthesis of malevamide D and the application of organotellurium compounds in Suzuki-Miyaura reaction. The first chapter refers to the asymmetric synthesis of malevamide D, a natural depsipeptide which belongs to the dolastatins family, and these compounds have a great interest due to theirs citotoxic activities. The DAP and MMMAH units were reached in excellent yields and stereoselectivities from 1,2-addition reaction of potassium crotyl or allyltrifluoroborate to aldehydes derivate from L-proline and L-isoleucine, respectively. The malevamide D elongation was made from reaction of esterification and amidation, unfortunately it was not possible finish the synthesis due to some problems in the last step of the total synthesis. The second chapter describes the reaction between aryl or vinyl tellurides and potassium organotrifluoroborate salts, mediated by a palladium catalyst. From this cross-coupling reaction type Suzuki-Miyaura was possible obtain 1,3-dienes, biarylic systems, (E)- or (Z)-stylbenes and 1,3-dienes. Al reactions showed to be tolerant to a wide range of functional groups and highly stereoconservative, in the cases involving vinylic substrates.

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Bactérias como a Escherichia coli, que estão presentes na flora microbiana dos indivíduos, tem demostrado um aumento significativo na resistência à antibióticos, e junto deste aumento da resistência surge à busca por novos fármacos para combater estes microrganismos resistentes. Os compostos orgânicos de telúrio tem demostrado em estudos apresentar capacidade antimicrobiana frente à cepas de bactérias Gram-negativas e Gram-positivas. Esta classe de compostos tem seus efeitos relacionados principalmente à sua capacidade de oxidação de grupos tióis (SH). Este trabalho teve como objetivo verificar a atividade antimicrobiana do composto teluroacetileno 2-feniletinil-butiltelurio (PEBT), sobre cepas de E.coli, bem como estudar se o mecanismo de ação antimicrobiano está relacionado ao seu efeito pró-oxidante. Para a avaliação da atividade antimicrobiana do composto PEBT foram realizados os testes de: disco difusão com o composto nas concentrações de 1.28mg/disco, 0.128mg/disco, 0.0128mg/disco e 0.00128mg/disco; concentração inibitória mínima (CIM) com o composto nas concentrações de 3.84mg/ml; 1.92mg/ml; 0.96mg/ml; 0.48mg/ml; 0.24 mg/ml; 0.12 mg/ml; 0.06 mg/ml e 0.030mg/ml e curva de sobrevivência, com as 3 concentrações do composto 0.96 mg/ml; 1.92mg/ml e 3.84mg/ml(correspondentes ao 0,5CIM, CIM e 2CIM, respectivamente). Para avaliar se o mecanismo de ação do composto PEBT sobre a célula bacteriana, estava relacionado à sua atividade pro-oxidante, foram dosados os níveis de espécies reativas (ER); atividade das enzimas antioxidantes superóxido dismutase (SOD) e catalase (CAT), e para avaliar a oxidação de grupamentos tióis foi realizada a dosagem intracelular de níveis de tióis não proteicos (NPSH) nas culturas bacterianas em presença ou ausência do composto nas concentrações de 0.96 mg/ml; 1.92mg/ml e 3.84mg/ml. A fim de confirmar seu efeito pro-oxidante, foram adicionados os antioxidantes glutationa (GSH) e ácido ascórbico (AA) ao meio de cultura. Como resultado, nosso estudo mostrou a capacidade antimicrobiana do composto PEBT nas concentrações 1.28mg/disco e 0.128mg/disco através da formação de halos de inibição no teste de disco difusão, sendo a menor concentração do composto capaz de inibir o crescimento bacteriano de 1.92mg/ml, e no teste de curva de sobrevivência o composto foi capaz de causar a inviabilidade das células bacterianas após o tempo de 9 horas de exposição nas 3 diferentes concentrações 9 testadas. Nossos resultados demostram que a presença do composto nas 3 concentrações testadas levou ao aumento na produção de ER nas células da E. coli, concomitante a uma diminuição dos níveis de tióis intracelulares e redução na atividade das enzimas antioxidante SOD a CAT. Associado a isso, quando foi acrescido ao meio os antioxidantes GSH e AA, estes foram capazes de proteger a célula bacteriana do efeito antimicrobiano, através do desaparecimento do halo de inibição no teste de disco difusão. Contudo, nosso estudo sugere que o composto PEBT possui atividade antimicrobiana frente a cepas de E.coli, tendo como mecanismo de ação a geração de ER, oxidação de grupos tióis e diminuição das defesas antioxidantes da célula bacteriana. / The indiscriminate use of antibiotics causes some bacterial strains to develop defenses against antibacterial agents, with the consequent appearance of antimicrobial resistance. Bacteria such as Escherichia coli, which are present in the microbial flora of individuals, have shown a significant increase in resistance to antibiotics, and along with this increase of resistance comes the search for new drugs to combat these resistant microorganisms. Organic tellurium compounds have shown antimicrobial ability against strains of Gram-negative and Gram-positive bacteria. This class of compounds have these effects related to the oxidation of thiols groups. In this way, the objective of this work was to verify the antimicrobial activity of 2-phenylethynyl butyltelurium (PEBT) in strains of E. coli, as well as, to study if the antimicrobial action is related to its pro-oxidant effect. For the evaluation of the antimicrobial activity of the PEBT the following tests were performed: Disc diffusion with PEBT at the concentrations of 1.28; 0.128; 0.0128 and 0.00128 mg/disc; minimum inhibitory concentration (MIC) with PEBT at concentrations of 3.84; 1.92; 0.96; 0.48; 0.24; 0.12; 0.06 and 0.030 mg/ml; and survival curve, with PEBT at concentrations of 0.96; 1.92 and 3.84 mg/ml (corresponding to 0.5MIC, MIC and 2MIC, respectively). To evaluate if the antimicrobial action is related to its pro-oxidant effect we carried out the levels of extracellular reactive species (RS); activity of the antioxidant enzymes superoxide dismutase (SOD) and catalase (CAT) and levels of non-protein thiols (NPSH). In order to confirm its pro-oxidant effect, the antioxidants glutathione (GSH) and ascorbic acid (AA) were added to the culture medium. Our study has demonstrated that PEBT has antimicrobial capability at concentrations of 1.28 and 0.128 mg/disc by formation of inhibition halo in the diffusion disc test. Additionally, the lowest concentration of the compound capable of inhibiting bacterial growth was 1.92 mg/ml, and in the survival curve test the compound was able to cause bacterial cell infeasibility after the 9 hour exposure time at the concentrations of 0.96; 1.92 and 3.84mg/ml. Our results in biochemical analysis show that the presence of the PEBT at concentrations of 3.84; 1.92 and 0.96mg/ml is able to induce an increase in extracellular RS production in E. coli cells, concomitant with a decrease in intracellular thiol levels and a reduction in the activity of antioxidant enzymes SOD and CAT. Associated with these results, the addiction of GSH and AA to the medium was able to protect the bacterial cell from the antimicrobial effect of PEBT, by disappearance of the inhibition halo in the disc 11 diffusion test. Taken together, our results suggest that the PEBT presents antimicrobial activity against strains of E. coli and its action is related to the generation of RS, oxidation of thiol groups and decrease of the antioxidant defenses of the bacterial cell.