Synthèse du glycolipide β-D-galactoside

1. Synthèse de la partie glycolipide

Figure 37 : Synthèse du galactolipide sans fluorophore

La synthèse du galactolipide est réalisée par une méthode de synthèse similaire. Du D-galactose commercial est perbenzoylé avec du chlorure de benzoyle dans de la pyridine

puis l'aryl thiogalactoside 14 est obtenu en faisant réagir le galactose perbenzoate 13 avec 2-méthyl-5-tert-butylthiophénol en présence de BF3.Et2O.

La glycosylation est réalisée par l’activation de ce thiogalactoside 14 en présence de 11-azidoundécanol 4 par NIS et TfOH, puis les hydroxyles du azidoundécyl α-D-galactoside 15 sont déprotégés dans les conditions de Zemplen. Enfin l’azoture 16 est réduit en amine (non purifiable comme pour le mannolipide) qui est engagée directement dans l’étape suivante.

2. Couplage avec le fluorophore : premiers essais

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Le couplage de l’aminoundécyl β-D-galactoside 17 avec le fluorophore naphtalimique 2 en utilisant de l’EDC et de la DMAP fournit comme pour le mannolipide, de nombreux sous-produits dont le produit de réarrangement avec l’EDC. Les tentatives de couplages en deux étapes en activant d'abord l’acide carboxylique en chlorure d’acide (préparé par du chlorure d’oxalyle) puis mise en contact avec l’amine en présence de DMAP ne donne pas le produit désiré mais donne entre autre l’anhydride de l’acide carboxylique de départ.

Devant les problèmes répétés rencontrés pour les couplages amide, une nouvelle stratégie de synthèse est envisagée pour le couplage avec le fluorophore: une approche par 'click-chemistry CuAAC.

3. Couplage alternative par chimie click

Depuis sa description en 2001 par K.B. Sharpless [110], la chimie « click » suscite beaucoup d’intérêt. Il s’agit d’un concept représentant un ensemble de réactions ayant ces spécificités : de hauts rendements, une grande stéréospécificité, avec obtention de sous-produits éliminables par des méthodes non chromatographiques, et facile à mettre en œuvre.

a) Cycloaddition 1,3-dipolaire alcyne azoture (AAC)

Les azotures ont une grande stabilité envers une grande quantité de conditions opératoires en synthèse organique, cependant ils ne font que peu d’apparitions en synthèse avant le développement de la chimie « click ». Avant cela leur principale utilisation était l'introduction d'un atome d'azote dans une molécule via une azidation (SN2 avec NaN3 par exemple comme nous l'avons fait) puis une réduction en amine. Cela peut s’expliquer par un manque de sécurité lors de leurs manipulations. Effectivement les azotures métalliques sont sensibles aux chocs et certains azotures organiques sont aussi explosifs. De façon pratique, l’azoture de sodium est aussi toxique mais présente peu de danger quand il est manipulé correctement et tant qu’il n’est pas mis en contact avec de l’acide qui entraînerait la formation de HN3, un gaz très toxique.

Huisguen [111] a augmenté sa notoriété [112–114] en découvrant une nouvelle réaction en 1962 : une cycloaddition 1,3-dipolaire entre un azoture et un alcyne pour former un 1,2,3-triazole. Dans ses conditions, le système doit être chauffé à de hautes températures (140°C) entraînant une faible régiosélectivité avec un mélange de 1,4 et 1,5 triazoles.

Une variante de cette réaction, appelée « Copper(I)-catalyzed Azide-Alkyne Cycloaddition » (CuAAC), fait son apparition en 2002 parmi les réactions « click ». Elle utilise une catalyse au cuivre I pour diminuer l’énergie d’activation de la réaction de telle sorte que cette dernière se réalise à température ambiante [115] (Figure 39).

57 Figure 39 : Mécanisme de la CuAAC

Bien que seul le cuivre I soit catalytiquement actif, différentes sources de cuivre peuvent être utilisées, à savoir du Cuivre 0 en présence de sulfate de cuivre, ou du Cuivre I (CuI) en présence d’une base (Et3N, pyridine, iPrEt2N) sous atmosphère inerte, ou du Cuivre II (CuSO4, Cu(OAc)2) en présence d’un réducteur tel que l’acide ascorbique ou l’ascorbate de sodium pour obtenir l’état d’oxydation du cuivre. [116]

La réaction catalysée au cuivre présente l'avantage de donner un seul triazole contrairement à la réaction thermique. Les conditions et les solvants utilisables sont adaptés à nos molécules polaires et amphiphiles.

b) Utilisation pour le mannolipide et galactolipide

Figure 40 : synthèse du 4-pipéridinyl-N-propargyl-1,8-naphthalimide

La stratégie par CuAAC nécessite de préparer un nouveau bloc fluorophore 8 – amino naphtalimide avec une connectique propargyl. La stratégie est de faire réagir de la propargyl

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amine sur l’anhydride bromo-1,8-naphthalique dans l’éthanol à reflux pour donner la 4-bromo-N-propargyl-8-naphthalimide, purifiée par simple extraction liquide-liquide pour donner un rendement quantitatif de 99%. La seconde étape est la substitution nucléophile aromatique comme décrit précédemment dans la pipéridine comme solvant à chaud.

Figure 41 : Réaction de click pour introduire le fluorophore

Les conditions pour la réaction CuAAC décrites dans la littérature sont très diverses, avec des résultats variables et il est difficile d'y faire son choix. Les produits n'étant pas solubles dans l'eau, il nous faut utiliser un solvant organique compatible. L’utilisation de CuI comme source de cuivre (I) en présence de DIEA comme base est probablement l’une des méthodes les plus décrites dans la littérature et donnant de bons résultats.

Pour les deux glycolipides 8 et 16, nous avons fait réagir les azidoundécyl glycosides en présence de CuI et DIEA dans du THF anhydre sous argon avec un excès de 4-pipéridinyl-N-propargyl-1,8-naphthalimide 2. Des rendements d’environ 75% sont obtenus, avec l’observation d’un homocouplage du 4-pipéridinyl-N-propargyl-1,8-naphthalimide 2, connu sous le nom de la réaction de Glaser, qui n’a pu être évité malgré l’atmosphère inerte. Le cuivre est facilement éliminé par lavage avec une solution de Na2H EDTA à 1M.

Cette voie est plus courte et donne de bien meilleurs rendements que la voie couplage amide. Il faut noter que les triazoles sont très peu basiques et ne seront protonés qu’à pH inférieur à 2. Dans les conditions normales d'utilisation, le bras et le fluorophore restent neutres