Dehydroamino acids as building blocks for the synthesis of new amino acid derivatives

Abstract

New amino acid derivatives (bis-amino acids, pyrenylamino acids, β,β-diaryldehydroamino acids, β-amidodehydroamino acids) and heterocycles (indoles and oxazoles) were prepared from dehydroamino acids using several types of reactions, such as Michael addition and substitution reactions, Suzuki-Miyaura cross-couplings, Ullmann-type C-N and C-O couplings and cyclization reactions. The N,N-diacyldehydroamino acid derivatives, used as substrates in Michael addition reactions were synthesized from β-hydroxyamino acids by reaction with an excess of tert-butyl dicarbonate and 4-dimethylaminopyridine, using a methodology previously developed in our research group. By treating β-hydroxyamino acids with one equivalent of tert-butyl dicarbonate and 4-dimethylaminopyridine followed by N,N,N’,N’-tetramethylguanidine it was possible to obtain N-monoprotected dehydroamino acid derivatives. These compounds were treated with Nhalosuccinimides to afford a variety of β-halodehydroamino acids which were used as substrates in metal catalyzed coupling reactions. The electrochemical behaviour of the β-halodehydroamino acids was also evaluated by cyclic voltammetry. Orthogonally protected bis-amino acids were prepared by Michael additions from N,Ndiacyldehydroalanines and lysine, histidine and glycine derivatives. Suzuki-Miyaura crosscouplings between β-halodehydroamino acids and bis-boronic acids and a sequential Michael addition of 3-iodobenzylamine to N,N-diacyldehydroalanine, followed by a Suzuki-Miyaura cross-coupling with bis-boronic acids, were also used in the synthesis of several bis-amino acid derivatives. New pyrenylamino acids were prepared using Michael additions, Suzuki-Miyaura couplings and a sequential Michael addition and substitution reaction. The photophysical properties of these compounds were evaluated and indicate their possible use as fluorescence probes. Arylindoles were synthesized in good yields by Suzuki cross-couplings, between β,β-dibromo or β-bromo-β-substituted dehydroamino acids and several arylboronic acids, followed by a metal-assisted C-N cyclization. Two of the arylindoles prepared were inserted into peptides by solid-phase synthesis. The photophysical properties of the indoles prepared were studied in several solvents and the results obtained show that they can be used as fluorescent probes. The interaction between the arylindoles and fluoride anion was also investigated and it was found that three of the arylindoles tested showed significant spectral changes in fluorescence emission upon fluoride addition. New methodologies for the synthesis of oxazole derivatives from dehydroamino acids were developed. Thus, 2,5-disubstituted oxazole-4-carboxylates were obtained from N-acyl-β- hydroxyamino acids by a sequential dehydration reaction followed by an intramolecular cyclization promoted by iodine and 1,8-diazabicyclo[5.4.0]undec-7-ene. Treating N-acyl-β- bromodehydroaminobutyric acid derivatives with 1,8-diazabicyclo[5.4.0]undec-7-ene also gave the corresponding oxazole derivatives in good yields. The scope of this reaction was extended to dipeptides having a β-halodehydroaminobutyric acid residue. An oxazole, after C-deprotection was coupled to a dipeptide and to a tripeptide. The photophysical properties of some of the oxazoles prepared and of two peptides N-conjugated with the oxazole moiety were studied.New β-amidodehydroaminobutyric acids were prepared by a copper-catalyzed C-N coupling reaction between β-bromodehydroaminobutyric acid derivatives and primary amides. Using similar reaction conditions, O-aryltyrosine derivatives were synthesized in moderate yields from a tyrosine derivative and aryl bromides. Several N-naproxen dehydrodipeptides were synthesized and their self-assembling capability in water evaluated. It was found that dehydrodipeptides containing phenylalanine as the first amino acid residue, or dehydrophenylalanine as the second, gave hydrogels at several pHs and at low critical gelation concentration.

Novos derivados de aminoácidos (bis-aminoácidos, pirenilaminoácidos, β,β- diarildesidroaminoácidos e β-amidodesidroaminoácidos) e heterocíclos (indoles e oxazoles) foram preparados a partir de desidroaminoácidos usando vários tipos de reações, nomeadamente reações de adição de Michael e de substituição, acoplamentos cruzados de Suzuki-Miyaura, acoplamentos C-N e C-O do tipo Ullmann e reações de ciclização. Os derivados de N,N-diacildesidroaminoácidos usados como substratos nas reações de adição de Michael, foram sintetizados fazendo reagir os respectivos β-hidroxiaminoácidos com um excesso de dicarbonato de terc-butilo em presença de 4-dimetilaminopiridina, de acordo com a metodologia anteriormente desenvolvida no nosso grupo de investigação. Os derivados Nmonoprotegidos de desidroaminoácidos foram obtidos fazendo reagir os β-hidroxiaminoácidos com um equivalente de dicarbonato de terc-butilo e 4-dimetilaminopiridina seguido de N,N,N’,N’-tetrametilguanidina. Estes desidroaminoácidos N-monoprotegidos foram usados na síntese de uma série de β-halodesidroaminoácidos através da reação com N-halosuccinimidas. O comportamento electroquímico destes compostos foi estudado por voltametria cíclica. Os β- halodesidroaminoácidos foram usados como substratos em reações de acoplamento catalisadas por metais. Prepararam-se vários bis-aminoácidos com proteção ortogonal através de reações de adição de Michael a partir de derivados de desidroalanina e aminoácidos funcionalizados na cadeia lateral. Foram ainda usadas outras estratégias para a síntese destes compostos, nomeadamente, acoplamentos cruzados de Suzuki-Miyaura entre β-halodesidroaminoácidos e ácidos bisborónicos e uma adição de Michael, seguida de um acoplamento cruzado de Suzuki-Miyaura a partir de uma N,N-diacildesidroalanina, 3-iodobenzilamina e ácidos bis-borónicos. Novos pirenilaminoácidos foram obtidos usando adições de Michael, acoplamentos de Suzuki-Miyaura e reações sequenciais de adição de Michael e de substituição. As propriedades fotofísicas destes compostos foram estudadas e indicam a possibilidade de poderem ser usados como sondas fluorescentes. Foram sintetizados arilindoles com bons rendimentos, por acoplamentos cruzados de Suzuki entre desidroaminoácidos β,β-dibromados ou desidroaminoácidos β-bromo-β-substituídos e vários ácidos arilborónicos, seguidos de uma ciclização C-N assistida por metais, desenvolvida anteriormente nos nossos laboratórios. Dois dos arilindoles preparados foram inseridos por síntese em fase sólida em péptidos. As propriedades fotofísicas dos indoles preparados foram estudadas em vários solventes com diferentes polaridades e mostraram que estes compostos podem ser usados como sondas fluorescentes. A interação entre os arilindoles e o anião fluoreto também foi investigada e verificou-se que três dos novos arilindoles preparados mostraram alterações significativas na emissão de fluorescência após a adição de fluoreto. Foram desenvolvidas novas metodologias para a síntese de oxazoles a partir de desidroaminoácidos. Assim, vários oxazoles-4-carboxilato foram obtidos a partir de N-acil-β- hidroxiaminoácidos através de reações sequenciais de desidratação e de ciclização promovida por iodo e 1,8-diazabiciclo[5.4.0]undec-7-ona, ou mediante tratamento de derivados do ácido Nacil- β-bromodesidroaminobutírico com 1,8-diazabiciclo[5.4.0]undec-7-ona. A aplicabilidade desta reação foi estendida a dipéptidos contendo um resíduo de ácido β- halodesidroaminobutírico. Após a desproteção de um dos oxazoles, este foi ligado a um dipéptido e a um tripéptido. As propriedades fotofísicas de alguns dos oxazoles preparados e dos dois péptidos N-conjugados com um resíduo de oxazole foram estudadas. Novos derivados de ácido β-amidodesidroaminobutírico foram preparados através de uma reação de acoplamento C-N catalisada por cobre entre ácidos β-bromodesidroaminobutíricos e amidas primárias. Usando condições reacionais semelhantes, foram sintetizados com rendimentos moderados derivados de O-ariltirosina a partir de um derivado da tirosina e de brometos de arílo. Síntetizaram-se vários desidrodipéptidos N-conjugados com (S)-naproxeno e foi avaliada a capacidade destes compostos para se auto-associarem e darem origem a hidrogéis. Os resultados obtidos mostraram que todos os desidrodipéptidos preparados com um resíduo de fenilalanina como primeiro aminoácido, ou um resíduo de desidrofenilalanina como segundo aminoácido, formaram hidrogéis a diferentes valores de pH e com baixas concentrações críticas de gelificação.