Synthèse des cétoacides β-hydroxylés : HOBA, HMOP et HOPP

Nous avons développé une approche originale pour préparer ces cétoacides pour lesquels aucune synthèse n’a été décrite à ce jour. La méthode que nous avons développée repose sur la condensation de Baylis-Hillman entre un acrylate et divers aldéhydes, suivie d’une réaction d’ozonolyse permettant d’accéder au motif α-céto-ester (Schéma 93).

Schéma 93 : Rétrosynthèse envisagée pour les α-céto-β-hydroxyacides.

La condensation de l’acrylate de méthyle sur l’acétaldéhyde, l’isobutyraldéhyde et le benzaldéhyde a été effectuée en présence de 1,4-diazabicyclo[2,2,2]octane (DABCO). Après 7 à 14 jours de réaction, les 3 intermédiaires 12a-c ont été isolés après distillation sous pression réduite avec des rendements respectifs de 82, 39 et 30 %. Nous avons

ensuite envisagé l’ozonolyse directe de ces dérivés. Cependant, les produits obtenus se sont révélés très instables et non purifiables par chromatographie. Ainsi, dans le cas du dérivé 12c, nous avons notamment observé une isomérisation conduisant à un produit conjugué (Schéma 94).

Schéma 94 : Isomérisation du composé 12c.

Nous avons donc décidé d’acétyler les produits 12a-c afin de stabiliser les produits d’ozonolyse. Cette acétylation a été effectuée en présence d’un léger excès de chlorure d’acétyle et de pyridine dans le CH2Cl2. Les intermédiaires13a-c ont été isolés, après

lavage et concentration, avec des rendements respectifs de 89, 80 et 91 %. Ils ont pu être engagés, sans purification supplémentaire, dans l’étape suivante d’ozonolyse qui a été effectuée selon le protocole standard déjà décrit pour l’obtention de l’OPBA. Ici encore, les produits 14a-c se sont révélés instables lors d’une tentative de purification sur gel de silice. Cependant, la pureté des produits obtenus à l’issue de l’ozonolyse s’est avérée suffisante pour poursuivre la synthèse sans purification supplémentaire. La saponification a été réalisée dans des conditions douces en utilisant 2 équivalents de lithine et en contrôlant le pH à l’aide d’un pH-stat. Nous avons ainsi obtenu l’hydrolyse simultanée de l’ester méthylique et de l’acétate. Dans le cas du dérivé 14c, la réaction s’est avérée efficace à pH = 8. Dans le cas de 14a et 14b, un pH égal à 10 a dû être appliqué pour observer une hydrolyse complète des 2 fonctions ester. Les produits finaux, ont été isolés après lyophilisation sous la forme de sels de lithium et en mélange avec un équivalent d’acétate de lithium. L’analyse RMN a permis de mettre en évidence une bonne pureté, les 3 produits représentant plus de 90 % (pourcentage molaire estimé par RMN 1H) du solide obtenu sans comptabiliser l’acétate de lithium. La présence de ce dernier ne devrait pas poser de problème pour la mise en œuvre des criblages. Des rendements globaux de 46, 29 et 22 % ont été obtenus respectivement pour le HOBA, HMOP et HOPP et ces synthèses n’ont donc nécessité aucune purification par chromatographie. Cette approche efficace pourra à l’avenir être utilisée pour la synthèse d’une variété de cétoacides β-hydroxylés. Le Schéma 95 résume la synthèse des 3 cétoacides β-hydroxylés.

Schéma 95 : Synthèse des α-céto-β-hydroxyacides, HOBA, HMOP et HOPP.

2.2.3 Synthèse des cétoacides γ-hydroxylés : HOP et HOPB

Très peu de dérivés α-céto-γ-hydroxyacides sont mentionnés dans la littérature. Une approche synthétique relativement directe a été proposée pour accéder au composé HOP, à l’acide 4,5-dihydroxy-2-oxopentanoique ou au 4-hydroxy-KG (Schéma 96).250,251,252

Schéma 96 : Approche générale décrite pour la synthèse des cétoacides γ-hydroxylés.

Cette méthode consiste à condenser l’OA sur un aldéhyde à pH = 8 puis à décarboxyler le produit d’aldolisation en milieu légèrement acide. L’utilisation de l’OA, qui est facilement déprotoné en milieu faiblement basique assure la chimiosélectivité de la réaction, en évitant notamment l’autocondensation de l’aldéhyde. Les produits de la réaction ne sont pas isolés mais utilisés en solution dans des réactions consécutives. Des tentatives d’isolement et de purification réalisées précédemment au laboratoire ont montré que ces produits subissent très facilement des réactions de déshydratation ou de lactonisation.

Nous avons donc appliqué cette méthodologie pour accéder aux 2 dérivés HOP (R = Me) et HOPB (R = Ph). Une solution aqueuse d’OA en présence d’un excès d’aldéhyde (acétaldéhyde ou benzaldéhyde) a donc été ajustée à pH = 8 et la réaction d’aldolisation suivie par dosage de l’OA résiduel en utilisant la malate-déshydrogénase et le NADH. En présence d’acétaldéhyde, nous avons observé une disparition complète de l’OA après 4 h, tandis que 20 h de réaction ont été nécessaires avec le benzaldéhyde. Comme nous

l’avons évoqué précédemment, l’OA se décarboxyle lentement en milieu neutre et nous avons aussi observé la formation concomitante de Pyr attestée par dosage avec la lactate-déshydrogénase et le NADH. À l’issue de l’aldolisation, la décarboxylation a été observée après ajustement du pH à 3 par addition de résine sulfonique. Après neutralisation de la solution à pH = 7, nous avons finalement isolé les 2 produits HOP et HOPB par lyophilisation. L’analyse des spectres RMN 1H a montré que les deux produits sont majoritairement présents au sein de mélanges contenant aussi du pyruvate (16 % molaire dans le cas du HOP, 25 % dans le cas du HOPB) ainsi que les produits de déshydratation (12 % molaire dans le cas du HOP, 22 % dans le cas du HOPB) (Schéma 97).

Schéma 97 : Synthèse des cétoacides γ-hydroxylés.

Afin de pouvoir disposer de produits plus purs, nous avons envisagé de préparer les lactones correspondantes, de les purifier et d’effectuer ensuite une saponification dans les conditions douces décrites ci-dessus pour les β-hydroxy-α-cétoacides. À l’issue de l’aldolisation mettant en jeu l’OA et l’acétaldéhyde, nous avons donc acidifié le milieu à pH < 2 afin de favoriser la formation de la lactone. Celle-ci a effectivement été isolée par extraction sous une forme impure. Cependant, de nouveau, une tentative de purification sur gel de silice a conduit à la formation d’impuretés supplémentaires parmi lesquelles nous avons notamment identifié des produits d’autocondensation (Schéma 98).

Par ailleurs un essai de saponification a conduit à un mélange complexe résultant de la formation de divers produits secondaires. Nous avons donc renoncé à cette approche et décidé d’utiliser les mélanges obtenus précédemment pour effectuer nos criblages.