La synthèse de ligands présentant une fonction réactive sur le noyau aromatique nécessite la préparation préalable du dérivé bisélectrophile issu de la pyridine correspondante. Ici, la fonction acide carboxylique portée par la pyridine est d’abord introduite sous la forme d’un ester de méthyle afin de pouvoir différencier ce groupement réactif, destiné à des réactions de bioconjugaison, par rapport aux fonctions ester de tertio-butyle du squelette triaminé nécessaires à la complexation ultérieure de l’ion lanthanide.
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Synthèse des précurseurs dérivés du 2,6-diméthylisonicotinate de méthyle
En vue de confirmer l’importance de la nature du groupement partant lors de la réaction de macrocyclisation, deux dérivés disubstitués en positions 2 et 6 de l’isonicotinate de méthyle ont été préparés (Figure 2.15).
Figure 2.15. Réactions et conditions. (a) H2SO4, (NH4)2S2O8, H2O/MeOH, 3h, reflux (b) PBr3 (1
M dans DCM), DCM, 24h, 0 °C à T.A. (c) TsCl, Ag2O, KI, DCM, 16h, T.A.
La dialkylation de l’isonicotinate de méthyle est réalisée par substitution radicalaire via une réaction de Minisci dans un mélange méthanol/eau en milieu acide, et en présence de persulfate d’ammonium.12 Une purification par chromatographie sur
colonne de silice permet de séparer les produits mono- et dialkylés et d’isoler le composé 14 avec des rendements variables compris entre 36 et 85 %. Si la qualité des différents lots de persulfate d’ammonium utilisés (issus d’un même fournisseur) n’a pas été évaluée, le rendement de cette réaction semble vraisemblablement en dépendre.
Deux méthodes d’activation du diol ont par la suite été réalisées. L’action du tribromure de phosphore dans le dichlorométhane permet l’obtention du composé 15 avec un rendement quantitatif. En raison de la présence du groupement ester de méthyle, la réaction de sulfonylation des deux fonctions hydroxyle du composé 14 a été effectuée en milieu neutre. L’utilisation conjointe d’un léger excès de chlorure de tosyle, d’oxyde d’argent en tant que base et d’iodure de potassium en tant que catalyseur a permis d’atteindre le dérivé ditosylé 16 avec un rendement de 85 % après purification sur colonne de silice. Ce protocole expérimental s’appuie sur les travaux de Bouzide et al.13 Le mécanisme de cette réaction ferait intervenir la complexation de
l’ion argent par les fonctions alcool, ce qui augmenterait leur acidité, et la présence d’iodure de potassium engendrerait la transformation du chlorure de tosyle en iodure de tosyle, plus réactif.
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Macrocyclisation, déprotections sélectives et formation du ligand H3L1
Les réactions de macrocyclisation avec chacune de ces deux plateformes hétéro-aromatiques et la triamine 3 sont réalisées dans les conditions optimales obtenues pour la synthèse du PCTA[12], à savoir en utilisant le carbonate de sodium dans l’acétonitrile à reflux (Figure 2.16).
Figure 2.16. Déprotections sélectives et formation du ligand H3L1. (a) Na2CO3, ACN, 48h,
reflux (b) NaBH4, MeOH, 168h, T.A. (c) Na2CO3, MeOH/H2O, 12h, T.A. (d) TFA, DCM, 12h,
T.A. (e) HCl (6N), 12h, reflux
De la même manière, l’utilisation de tosylates en tant que groupements partants sur le dérivé bisélectrophile semble défavoriser la réaction puisqu’un rendement de cyclisation plus modeste de 55 % est obtenu. L’emploi du dérivé dibromé 15 permet quant à lui la formation du macrocycle d’intérêt 17 avec un très
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bon rendement de 95 % confirmant les résultats obtenus lors de la synthèse du PCTA[12].
L’effet de matrice induit par la présence du cation sodium de la base carbonatée a été mis en évidence une nouvelle fois lors de cette réaction de macrocyclisation. Comme dans le cas du macrocycle 12, précurseur du ligand PCTA[12], l’analyse du milieu réactionnel par RMN 1H et spectrométrie de masse met
en évidence la formation du complexe de sodium du macrocycle 17 comme seule forme macrocyclique. La dissociation partielle de ce complexe lors de la purification par chromatographie sur colonne d’alumine est une nouvelle fois observée, et les deux formes libre et complexée se différencient parfaitement en RMN 1H (Figure 2.17).
Les protons aromatiques et tertio-butyliques sont déplacés de l’ordre de 0,03 ppm vers les champs forts dans le cas de la forme libre (Tableau 2.3). La forme sodée est également caractérisée par la présence de deux systèmes AB correspondant aux quatre protons en alpha du noyau pyridine (H5) (δ = 3,92 ppm, J = 14,9 Hz) et aux
quatre protons des deux chaînes latérales acétate de tertio-butyle (H8) (δ = 3,44 ppm, J
= 17,7 Hz), et d’un singulet à 3,09 ppm correspondant à la chaîne acétate centrale (H11).
Deux singulets à 3,37 et 4,04 ppm représentent ces dix protons dans le cas de la forme libre.
(ppm) H3 H10 H13
Forme libre 7,61 1,41 1,36 Forme sodée 7,64 1,44 1,39
Tableau 2.3. Déplacements chimiques de protons des formes libre et complexée du composé 17
Comme évoqué précédemment, l’intérêt de l’utilisation conjointe d’esters de méthyle et de tertio-butyle en tant que groupements protecteurs de fonctions acide est de permettre leur déprotection sélective en vue d’une bioconjugaison ultérieure. Une famille de ligands bifonctionnels chélatants a donc pu être synthétisée à partir du macrocycle protégé 17 (Figure 2.16).
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Figure 2.17. Spectres RMN 1H du composé 17 sous ses formes libre et complexée au sodium
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Ainsi, la réduction de l’ester de méthyle du composé 17 en alcool primaire est réalisée en présence d’un excès de borohydrure de sodium dans le méthanol et conduit à la formation du composé 18 avec un rendement de 75 %. Les composés 19 et 20 sont obtenus respectivement, quantitativement et sans purification par (i) hydrolyse sélective de l’ester de méthyle en utilisant le carbonate de sodium dans un mélange eau/méthanol et (ii) hydrolyse sélective des esters de tertio-butyle en présence d’un excès d’acide trifluoroacétique dans le dichlorométhane. L’hydrolyse totale du composé 17 en milieu acide chlorhydrique (6N) à reflux permet finalement de former le ligand H3L1 avec un rendement quantitatif et sans purification.