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Spécialité : Chimie-Biologie-Santé

JURY

Béatrice TUCCIO-LAURICELLA Maître de Conférence à l'Université de Provence Rapportrice Ali Al-MOURABIT Directeur de Recherche au CNRS, Gif sur Yvette Rapporteur Peter DALKO Directeur de Recherche au CNRS, Paris Président Rémi CHAUVIN Professeur à l'Université de Toulouse III Examinateur Valérie JULLIAN Chargée de Recherche à l'IRD, Toulouse Examinatrice Christiane ANDRE-BARRES Chargée de Recherche au CNRS, Toulouse Directrice de thèse Michel BALTAS Directeur de Recherche au CNRS, Toulouse Examinateur

Ecole doctorale : Sciences de la Matière

Université Paul Sabatier, U. F. R. Physique Chimie Automatique

Laboratoire de Synthèse et Physico-Chimie de Molécules d'Intérêt Biologique 118 route de Narbonne 31062 Toulouse cedex

Directrice de Thèse : Christiane ANDRE-BARRES

Présentée et soutenue par

Virginie BERNAT

Le 20 novembre 2008

SYNTHESE, VIA UNE REACTION D'AUTOXYDATION,

D'ENDOPEROXYDES A VISEE ANTIPALUDIQUE

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Spécialité : Chimie-Biologie-Santé

JURY

Béatrice TUCCIO-LAURICELLA Maître de Conférence à l'Université de Provence Rapportrice Ali Al-MOURABIT Directeur de Recherche au CNRS, Gif sur Yvette Rapporteur Peter DALKO Directeur de Recherche au CNRS, Paris Président Rémi CHAUVIN Professeur à l'Université de Toulouse III Examinateur Valérie JULLIAN Chargée de Recherche à l'IRD, Toulouse Examinatrice Christiane ANDRE-BARRES Chargée de Recherche au CNRS, Toulouse Directrice de thèse Michel BALTAS Directeur de Recherche au CNRS, Toulouse Examinateur

Ecole doctorale : Sciences de la Matière

Université Paul Sabatier, U. F. R. Physique Chimie Automatique

Laboratoire de Synthèse et Physico-Chimie de Molécules d'Intérêt Biologique 118 route de Narbonne 31062 Toulouse cedex

Directrice de Thèse : Christiane ANDRE-BARRES

Présentée et soutenue par

Virginie BERNAT

Le 20 novembre 2008

SYNTHESE, VIA UNE REACTION D'AUTOXYDATION,

D'ENDOPEROXYDES A VISEE ANTIPALUDIQUE

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5

Les travaux de thèse présentés dans ce manuscrit ont été réalisés au sein du laboratoire de Synthèse et Physico-Chimie de Molécules d'Intérêt Biologique de l'Université Paul Sabatier sous la direction de Christiane André-Barrès, Chargée de Recherche au CNRS. Je remercie donc les directeurs successifs du laboratoire pour m'avoir accueillie au sein de ce celui-ci : Pierre Tisnès, Professeur, et Michel Baltas, Directeur de Recherche.

Je remercie vivement Monsieur Peter Dalko, Directeur de Recherche à l'Université de Paris Descartes, qui m'a fait l'honneur de présider le jury de ma soutenance de thèse.

J'exprime mes profonds remerciements aux différents membres du jury. Madame Béatrice Tuccio-Lauricella, maître de Conférences de l'Université de Provence, et Monsieur Ali Al-Mourabit, Directeur de Recherche à l'ICSN à Gif sur Yvette, je vous suis profondément reconnaissante pour avoir accepté de juger mon travail en tant que rapporteurs. Madame Valérie Jullian, Chargée de Recherche à l'IRD et Monsieur Rémi Chauvin, Professeur de l'Université Paul Sabatier, je vous remercie pour votre participation au jury en tant qu'examinateurs. Rémi, je te remercie également pour les discussions scientifiques que nous avons eues durant mes trois années de thèse. Michel, je vous remercie pour avoir participé en tant qu'invité à ce jury.

Christiane, je te remercie très sincèrement pour m'avoir encadrée et guidée tout au long de ces trois années de thèse. Ce travail résulte non seulement de mes efforts mais aussi des tiens et surtout de tes encouragements. Tes qualités scientifiques et humaines font de toi une "chef" exceptionnelle avec qui j'ai eu plaisir à partager travail et bureau. Je te souhaite une très bonne continuation.

Je remercie très chaleureusement Monsieur Henri Vial, Directeur de Recherche à Montpellier, ainsi que Marjorie Maynadier pour avoir réalisé les tests biologiques.

Je tiens à remercier maintenant tout le personnel des services communs qui ont permis à ce travail d'aboutir.

Tout d'abord, je remercie l'ensemble du Service Commun de RMN : Yannick Chollet à qui je souhaite une bonne continuation sur Bordeaux ; Marc Vedrenne pour sa gentillesse à qui je souhaite bonne chance pour la suite et Pierre Lavedan avec qui j'ai beaucoup discuté et qui m'a permis aussi de réaliser la plupart de mes analyses au 400MHz et au 500MHz.

Ensuite, je remercie le Service de Spectroscopie de Masse pour l'ensemble des analyses qu'ils ont pu effectuées mais aussi pour leur disponibilité : Eric Leroy, Catherine Claparols et Nathalie Martins. Je remercie également Heinz Gornitzka et Nathalie Saffon pour l'élucidation des structures de certains composés par diffraction des RX et pour leur bonne humeur permanente.

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Je n'oublie pas de remercier Gustave Tayebi, le verrier du bâtiment par qui j'ai appris l'histoire du laboratoire ; Christian David que j'ai appelé quelques fois en urgence pour réparer un évaporateur rotatif ou le système de sécurité de montage de distillation ; le service informatique : Christiane Vidal et plus particulièrement Pascal Puech que j'ai embêté à plusieurs reprises et qui m'a été de très bons conseils pour l'achat d'un ordinateur personnel. Je remercie enfin Danielle Brunet, harcelée par mes multiples mails, qui m'a été d'une grande aide lors de la rédaction de mon chapitre bibliographique et Sylvette pour bien sûr le ménage dans le labo mais surtout pour les nombreuses discussions que nous avons eues!

Je remercie maintenant tous les permanents du laboratoire qui ont apporté une aide de près ou de loin à ces trois années passées au laboratoire : Liliane Gorrichon, Marie Maturano, Nadine Leygue, Evelyne Delfourne, Yves Génisson, Florence Bedos, Stéphanie Ballereau (merci pour les traductions de l'allemand!), Mathieu Danel avec qui j'ai partagé le laboratoire, Nathalie Gouardères toujours très serviable, Christelle Chiron à qui je souhaite bonne chance pour les concours, et tous les autres…

Je remercie plus spécifiquement pour leur collaboration directe : Chantal André, Brigitte Guidetti, Joëlle Azéma et Corinne Payrastre, qui est originaire du même coin que moi!

Merci également aux stagiaires qui ont apporté une pierre à l'édifice : Coralie Pujo, Laina N'Diaye, Anthony Finot, Caroline Robin et plus particulièrement Marion Coste, avec qui ce fut un réel plaisir de travailler.

Je remercie également Catherine Audin et Karin Halvorsen pour m'avoir confié les TP de chimie organique à Castres : je suis ravie d'avoir eu une telle expérience. Merci également à Laurence avec qui j'ai discuté de temps en temps et qui était toujours là pour m'apporter son aide.

Je remercie tous les thésards du laboratoire (Mélanie, Christelle, Franciane, Delphine, Denis, Mélanie, Yaya …) qui m'ont accompagnée avec une mention spéciale pour Arnaud, toujours prêt à venir me taquiner ; Marie-Pierre qui a réalisé le couplage entre nos molécules et surtout Vanessa qui m'a souvent remonté le moral et qui ne m'a pas oublié même une fois partie du labo : une amitié naissante tout simplement!! Je vous souhaite à tous beaucoup de courage pour la suite.

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Même si nous n'étions pas du même laboratoire, je ne vous oublie pas car sans vous cela aurait été encore plus difficile. Merci à Isabelle, on se revoit au moins en mai 2009 pour le concert de Mylène!! ; Jérôme, désolé mais je ne viendrai plus avec Isa t'apporter un sandwich en TP!! et bien sûr DELPHINE!! Que dire? A part que tu es une fille formidable et que tu respires la joie de vivre! Tu nous a manqué à " tous nous" pendant ton voyage au Brésil…Merci pour ton écoute et ton soutien dans les moments difficiles mais aussi pour tous les fou rires! A tous les trois, je vous souhaite une bonne continuation et je vous dis à très bientôt!

Enfin, je remercie tous mes amis extérieurs au labo (Mumu et Lionel, Caro et Laurent, Juju et Mégane, Yoann et Aurélie, Persil, Laeti, Nadège, Magali, Nathou, Marie…) qui m'ont soutenue sans le savoir dans ce long parcours. Et oui, grâce à vous, j'ai pu partager mes soucis avec certains mais aussi les oublier avec d'autres pour profiter pleinement de la vie.

Mes derniers remerciements, de loin les plus intenses, s'adressent à mes plus proches : ma belle-famille, même si ce n'est pas encore officiel ; mes parents qui m'ont toujours soutenu tout au long de mes études et qui m'ont permis d'en arriver là aujourd'hui et enfin Flo, qui a toujours été à mes côtés et qui a su faire preuve d'énormément de patience!!

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11 Auteur : Virginie BERNAT

Titre :

Synthèse, via une réaction d'autoxydation, d'endoperoxydes à visée

antipaludique apparentés aux facteurs G

Directrice de thèse : Christiane ANDRE-BARRES

Lieu et date de soutenance : Toulouse, le 20 novembre 2008

Résumé :

Dans le cadre de la recherche de nouveaux composés antipaludiques, notre équipe synthétise des analogues des facteurs G, endoperoxydes naturels, via une réaction de type Knoevenagel entre l'acide syncarpique et un aldéhyde suivie d'une réaction d'autoxydation spontanée. L'utilisation d'un hydroxy-aldéhyde protégé à cinq atomes de carbone a permis d'allonger la chaîne latérale. La déprotection du groupement silylé a conduit à une différence de réactivité entre les deux diastéréoisomères : l'un donnant des endoperoxydes pouvant être fonctionnalisés par des amines tandis que l'autre se réarrange de façon inattendue. Des mesures de chimiluminescence ont prouvé la formation d'un intermédiaire 1,2-dioxétane au cours de la décomposition du facteur G3 en milieu basique. L'utilisation d'un groupement protecteur benzylé, introduit via un amide de Weinreb, a conduit à la formation de tétrahydropyranes lors de l'autoxydation, ce qui confirme la formation d'intermédiaires biradicalaires au cours du processus d'oxygénation. Dans le cadre de la bithérapie covalente (deux motifs actifs distincts portés par un même composé), une voie de synthèse a été développée permettant l'accès à des molécules duales : les couplages endoperoxyde-cyanine et endoperoxyde-fluoroquinolone s'avèrent très prometteurs. Enfin, la variation des aldéhydes d'une part, des 1,3-dicétones d'autre part puis la modification simultanée des deux réactifs nécessaires à la réaction de type Knoevenagel ont permis d'élargir la famille des endoperoxydes apparentés aux facteurs G, d'étudier leurs propriétés antiplasmodiales et d'avancer dans la compréhension du mécanisme d'autoxydation.

Mots-clés : Facteurs G / Endoperoxyde / Paludisme / Autoxydation / Molécule duale

Discipline : Chimie-Biologie-Santé

Intitulé et adresse du laboratoire : Laboratoire de Synthèse et Physico-Chimie de

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15 2D : deux dimensions

Ac : acétate

acac : acétylacétonate

AIBN : azo-bis-isobutyronitrile

APCI : ionisation chimique à pression atmosphérique APTS : acide para-toluènesulfonique

Ar : aromatique BM : bleu de méthylène BOC : tert-butoxycarbonyle BSA : N,O-bis(triméthylsilyl)acétamide Bu : butyle Bz : benzyle CBz : carboxylate de benzyle

CCM : chromatographie sur couches minces

CIEEL : luminescence initiée chimiquement par échange électronique CSA : acide camphorsulfonique

DABCO : 1,4-diazabicyclo[2.2.2]octane DCI : désorption-ionisation chimique

DDQ : 2,3-dichloro-5,6-dicyanobenzoquinone

DEPMPO : 5-diéthoxyphosphoryl-5-méthyl-1-pyrroline-1-oxyde DIBAL-H : hydrure de diisobutylaluminium

DMAP : diméthylaminopyridine DME : diméthoxyethane DMF : diméthylformamide DMSO : diméthylsulfoxyde DPBO : di-benzoylperoxyde DTBP : di-tert-butylphénol ECS : électrode au calomel saturé

EDCI : 1-éthyl-3-(3-diméthylaminopropyl)carbodiimide EP : éther de pétrole

Ep : potentiel de pic

ESI : ionisation electrospray Et : éthyle

FAB : fast atom bombardment

HMBC : heteronuclear multiple bond correlation HOBt : 1-hydroxy-benzotriazole

HSQC : heteronuclear single quantum correlation IC50 : concentration inhibitrice à 50% de croissance

IR : infrarouge

LDA : N-diisopropylamidure de lithium

LiICA : N-isopropylcyclohexylamidure de lithium

m-CPBA : acide meta-chloroperbenzoïque

Me : méthyle

MNBA : alcool meta-nitrobenzylique MNP : 2-méthyl-2-nitrosopropane

MPLC : chromatographie liquide moyenne pression NOE : effet nucléaire overhauser

NOESY : nuclear overhauser effect spectroscopy Nu : nucléophile

P. : Plasmodium

Ph : phényle

16

Pr : propyle

RB : rose de bengale

Rf : rapport frontal

RMN : résonance magnétique nucléaire RPE : résonance paramagnétique electronique RX : rayons X

SMBR : spectroscopie de masse basse résolution SMHR : spectroscopie de masse haute résolution TBDMS : tert-butyl-diméthyl-silyle

TBDPS : tert-butyl-diphényl-silyle TES : triéthylsilyle

Tf : triflate

TFA : acide trifluoroacétique

thd : 2,2,6,6-tétraméthyl-3,5-heptanedione THF : tétrahydrofurane

TMS : triméthylsilyle

TOCO : thiol-oléfine co-oxygénation TPP : tétraphénylporphyrine

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TABLE

Des

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REMERCIEMENTS

RESUME

ABREVIATIONS

INTRODUCTION

CHAPITRE I :

Etat actuel des recherches relatives aux

endoperoxydes à visée antipaludique

I- Evolution des recherches dans le traitement antipaludique ... 31

I.1- Le paludisme... 31

I.1.a- Découverte du parasite et de son vecteur... 31

I.1.b- Situation mondiale ... 31

I.1.c- Cycle du paludisme ... 31

I.1.d- Formation de l'hémozoïne et détoxification du parasite ... 34

I.2- Les traitements antipaludiques : des alcaloïdes aux endoperoxydes ... 34

I.2.a- Les alcaloïdes ... 34

I.2.b- L'artémisinine et ses dérivés ... 36

I.2.c- Endoperoxydes synthétiques... 37

I.3- Mode d'action des endoperoxydes ... 40

II- Les différentes sources d'oxygène utilisées pour la synthèse des peroxydes ... 40

II.1- Le peroxyde d'hydrogène... 40

II.1.a- Utilisation des gem-dihydroperoxydes... 41

II.1.b- Utilisation des hydroperoxy-hémicétals... 42

II.1.c- Utilisation des β-hydroxy-hydroperoxydes... 44

II.2- L'ozone... 45

II.2.a- Utilisation d'alcènes ... 46

II.2.b- Utilisation d'éthers d'énol ... 47

II.2.c- Utilisation d'éthers d'oxime... 48

II.3- L'oxygène singulet ... 49

II.3.a- Réaction de Schenk ... 51

II.3.b- Cycloaddition [4+2] ... 53

II.3.c- Cycloaddition [2+2] ... 55

II.4- L'oxygène fondamental ... 57

20

II.4.b- Hydroperoxysilylation... 58 II.4.c- Procédé TOCO : "Thiol-Oléfine Co-Oxygénation" ... 59 II.4.d- Photoénolisation-oxygénation... 60 II.4.e- Autoxydation spontanée... 61 III- Synthèse des facteurs G et des premiers analogues ... 61

III.1- Les facteurs G... 61

III.1.a- Définition ... 62 III.1.b-Rôle dans la plante ... 62 III.1.c- Intérêt et synthèse... 63

III.2- Modifications structurales sur le facteur G3 et activités biologiques... 64

III.2.a- Au niveau de la position hémiacétalique ... 64 III.2.b-Au niveau des substituants ... 65

III.3- Etude de la réduction homolytique du pont peroxyde ... 66

III.3.a- Par voie électrochimique... 66 III.3.b-Par voie chimique... 68 IV- Conclusion et objectifs... 70 V- Bibliographie ... 71

CHAPITRE II :

Synthèse d'amino-endoperoxydes et étude de la

formation d'un dioxétane intermédiaire

I.1- Synthèse des endoperoxydes méthylés protégés ... 82

I.1.a- Préparation de l'aldéhyde ... 82 I.1.b- Synthèse des endoperoxydes méthylés ... 82

I.2- Déprotection des endoperoxydes méthylés silylés... 84

I.2.a- Différents essais de désilylation... 85 I.2.b- Réarrangement en milieu acide... 85 I.2.c- Réarrangement en présence de Et3N.HF ... 86

I.2.d- Différence de réactivité ... 86

I.3- Fonctionnalisation des endoperoxydes en série anti... 87 I.4- Essais de synthèse de molécules duales ... 87

II- Activités biologiques des produits synthétisés... 88

II.1- Le test de Desjardins ... 88 II.2- Résultats ... 88

III- Etude du réarrangement du G3 par chimiluminescence ... 89

III.1-Mécanisme du réarrangement ... 90 III.2-Mise en évidence du dioxétane intermédiaire par chimiluminescence ... 91

21 III.2.b-Détermination des proportions triplet / singulet par chimiluminescence

indirecte... 93 IV- Conclusion ... 97 V- Bibliographie ... 98

CHAPITRE III :

Stratégies envisagées pour la synthèse de molécules

duales

I- Nouvelle synthèse de l'aldéhyde issu de l'αααα-méthyl-γγγγ-butyrolactone ... 103

I.1- Ouverture de la lactone ... 103

I.1.a- Ouverture en lactol ... 103 I.1.b- Ouverture en amide de Weinreb ... 104

I.2- Protection et réduction de l'amide de Weinreb ... 105

I.2.a- Choix du groupement protecteur... 105 I.2.b- Introduction du groupement protecteur PMB ... 106 I.2.c- Réduction de l'amide de Weinreb ... 106 II- Etude de la fixation d'oxygène ... 106

II.1- Autoxydation spontanée à l'air ... 107

II.1.a- Résultats expérimentaux ... 107 II.1.b- Résultats préliminaires issus de l'étude mécanistique de la fixation

spontanée d'oxygène ...108 II.1.c- Proposition d'un mécanisme pour la formation des tétrahydropyranes .. 110

II.2- Photoénolisation préliminaire à l'autoxydation ... 111 II.3- Oxydation via l'oxygène singulet... 112

III- Synthèse des endoperoxydes déprotégés ... 113

III.1- Méthylation... 113 III.2- Déprotection de l'alcool primaire ... 114

IV- Vers de nouveaux endoperoxydes à partir des éthers cycliques... 115

IV.1- Essais de cyclisation de l'hydroperoxyde ... 116 IV.2- Essais de déshydratation des alcools ... 117

IV.2.a-En présence d'APTS... 117 IV.2.b-En présence du complexe BF3-Et2O ... 117

IV.2.c-En présence du mélange PPh3-I2... 118

IV.2.d-En présence du réactif de Burgess ... 118 V- Nouvelles approches pour la fonctionnalisation ... 119

V.1- Via une substitution nucléophile... 119 V.2- Via une amination réductrice ... 120

22

VI- Synthèse de molécules duales... 121

VI.1- Synthèse des endoperoxydes... 121

VI.1.a-A partir de la CBz-pipéridine... 122 VI.1.b-A partir de la BOC-pipéridine... 122

VI.2- Synthèse des molécules duales ... 123

VI.2.a-Méthylation et déprotection ... 123 VI.2.b-Couplage ... 124 VII- Activités biologiques des produits synthétisés... 126 VIII- Conclusion ... 128 IX- Bibliographie ... 130

CHAPITRE IV :

Variations structurales autour des facteurs G

I- Variations de l'aldéhyde ... 135

I.1- Choix des aldéhydes ... 135 I.2- Synthèse des endoperoxydes... 136

I.2.a- A partir des cycloalcanecarboxaldéhydes ... 137 I.2.b- A partir du 5-norbornène-2-carboxaldéhyde... 138 I.2.c- A partir du 2,2-diméthyl-1,3-dioxolane-4-carboxaldéhyde ... 138

I.3- Méthylation des endoperoxydes ... 139

II- Variations de la taille du cycle de la 1,3-dicétone ... 141

II.1- A partir de 1,3-cycloalcanedione ... 141 II.2- A partir de 1,3-cyclohexanediones substituées... 143

II.2.a- Synthèse des endoperoxydes... 143 II.2.b- Méthylation de l'endoperoxyde 95 ... 144 III- Variations simultanées de l'aldéhyde et de la 1,3-dicétone ... 145 IV- Activités biologiques ... 146

IV.1- En série acide syncarpique... 146 IV.2- En série isobutyraldéhyde ... 148 IV.3- En série mixte ... 149

V- Conclusion ... 149 VI- Bibliographie ... 151

23

PARTIE EXPERIMENTALE

ANNEXES

Annexe 1 : Données cristallographiques de l'aldéhyde 14 ... 229 Annexe 2 : Données cristallographiques de l'alcool 31... 234 Annexe 3 : Données cristallographiques de l'alcool 32... 241 Annexe 4 : Données cristallographiques de l'hydroperoxyde 35 ... 248 Annexe 5 : Données cristallographiques du peroxyde 38 ... 256 Annexe 6 : Données cristallographiques de l'endoperoxyde 72... 263 Annexe 7 : Données cristallographiques de l'endoperoxyde 85... 268 Annexe 8 : Données cristallographiques de l'endoperoxyde 86... 274

PUBLICATIONS

European Journal of Organic Chemistry 2007, 3095-3101

"Weak chemiluminescence emission during base induced rearrangement of G-factors"

Organic & Biomolecular Chemistry 2008, 6, 454-457

"Synthesis of antimalarial G-factors endoperoxides: relevant evidence of the formation of a biradical during the autoxidation step"

Tetrahedron 2008, 64, 9216-9224

25

27 Le paludisme, maladie infectieuse due au parasite Plasmodium inoculé à l'homme par la piqûre de certains moustiques, est aujourd'hui l'affection tropicale la plus répandue. La découverte en 1820 de la quinine, antipaludique naturel de la famille des alcaloïdes, a conduit au développement au vingtième siècle de molécules apparentées possédant le motif quinoléine. La chloroquine, molécule synthétique efficace et bon marché, apparaît alors comme le traitement de choix contre le paludisme. Malheureusement, le premier cas de résistance à la chloroquine se manifeste au début des années 1960, c'est pourquoi de nouveaux efforts de recherche ont été menés conduisant en 1972 à la découverte de l'artémisinine, antipaludique naturel présentant un pont peroxyde indispensable à l'activité antiplasmodiale. Bien que l'artémisinine et ses analogues hémisynthétiques présentent un fort potentiel antipaludique, ces molécules destinées principalement aux pays pauvres sont très coûteuses en raison d'un faible rendement d'extraction. Par conséquent des composés totalement synthétiques, possédant le pont peroxyde indispensable à l'activité, ont été mis au point pour donner de nouvelles familles d'endoperoxydes, simples et moins coûteuses, telles que les trioxanes, les tétraoxanes ou les dioxanes. Bien que le mode d'action de ces composés ne soit pas totalement élucidé, de nombreuses études ont montré que ces molécules agissent par la formation de radicaux carbonés, issus de l'activation du pont peroxyde par du fer. Ces radicaux sont capables d'alkyler l'hème ou des protéines du parasite conduisant ainsi à sa mort.

Le laboratoire développe depuis quelques années un programme de recherche sur la famille des facteurs G (G1, G2, G3), endoperoxydes naturels extraits de l'Eucalyptus grandis qui agissent comme phytohormones et régulateurs de croissance au sein de la plante. Ces composés bicycliques présentant un pont peroxyde apparaissent donc comme des antipaludiques potentiels. Ils sont synthétisés selon une réaction de type Knoevenagel entre le motif acide syncarpique et l'isobutyraldéhyde suivie d'une réaction d'autoxydation spontanée originale et biomimétique. Les quelques modifications structurales qui ont déjà été réalisées au niveau de la position cétalique et de la chaîne latérale ont montré qu'elles pouvaient avoir une influence notable sur l'activité.

Les objectifs de ce travail sont de concevoir de nouveaux endoperoxydes, de les fonctionnaliser et de les coupler à d'autres types d'antipaludiques dans le but d'améliorer l'activité antiplasmodiale.

Le premier chapitre expose des données bibliographiques sur les endoperoxydes à visée antipaludique. Après avoir fait le point sur l'évolution des recherches dans ce domaine, nous nous sommes intéressés à la nature des différentes sources d'oxygène employées pour introduire le pont peroxyde. Les travaux effectués au laboratoire relatifs à la synthèse des facteurs G et aux premiers analogues seront ensuite présentés.

Les chapitres suivants seront consacrés à la synthèse de nouveaux endoperoxydes et se termineront par une présentation et une analyse des résultats des tests biologiques afin

28

d'essayer de comprendre l'influence des variations structurales sur l'activité biologique. Les tests biologiques ont été réalisés in vitro sur des souches de Plasmodium falciparum.

Le second chapitre présente la synthèse d'amino-endoperoxydes en continuité avec les travaux précédents. L'incorporation d'une amine ou d'une diamine pourrait permettre l'accumulation des endoperoxydes dans la vacuole digestive du parasite par protonation des atomes d'azote. Pour atteindre cet objectif l'allongement de la chaîne latérale en α du pont peroxyde sera envisagé afin de faciliter la fonctionnalisation. L'étude d'un réarrangement original sera également présentée. Des mesures de chimiluminescence ont permis de mettre en évidence la formation d'un dioxétane intermédiaire au cours de ce réarrangement.

Le troisième chapitre décrit les différentes approches envisagées pour la synthèse de molécules duales dans le cadre de la bithérapie covalente. Tout d'abord, une nouvelle voie de synthèse des précurseurs aldéhydiques fonctionnalisés nécessaires à la réaction de type Knoevenagel plus courte et plus efficace sera développée. Ensuite la synthèse de molécules mixtes sera décrite selon une stratégie relativement simple. Enfin, l'obtention de nouveaux composés lors de l'étape d'autoxydation des précurseurs mènera à l'étude de cette réaction de fixation spontanée d'oxygène.

Ces derniers résultats nous conduiront à développer, dans le quatrième chapitre, diverses variations structurales autour du composé naturel G3. Pour cela, différents aldéhydes seront employés, ce qui permettra l'accès à une large famille d'endoperoxydes. Par ailleurs, la réaction d'autoxydation sera étendue à des précurseurs issus de 1,3-dicétones cycliques à 5, 6 ou 7 chaînons permettant ainsi de déterminer les limites de cette fixation spontanée d'oxygène.

L'ensemble des produits synthétisés au cours de ce travail sera décrit dans la partie expérimentale.

29

CHAPITRE I

Etat actuel des

recherches relatives

aux endoperoxydes

à visée antipaludique

31

I-

Evolution des recherches dans le traitement antipaludique

I.1-

Le paludisme

Le paludisme est une maladie parasitaire, potentiellement mortelle, transmise par des moustiques.

I.1.a-Découverte du parasite et de son vecteur

Le nom de paludisme dérive du mot latin palus qui signifie marais.1 En effet, cela s'explique par le fait que les régions les plus touchées dans le passé étaient des régions marécageuses. En 1880, Alphonse Laveran découvre la véritable cause du paludisme : un parasite unicellulaire appelé Plasmodium. Il existe quatre espèces pathogènes pour l'homme :

Plasmodium vivax, Plasmodium falciparum, Plasmodium ovale et Plasmodium malariae, les

deux premiers étant les plus répandus. L'infection par Plasmodium falciparum est de loin la plus dangereuse car elle peut entraîner la mort du patient par destruction des globules rouges (anémie) ou par obstruction des capillaires qui véhiculent le sang jusqu'au cerveau (paludisme cérébral). Entre 1897 et 1898, Ronald Ross et Giovanni Grassi découvrent que le parasite est transmis par les piqûres d'un moustique infecté femelle appartenant au genre Anopheles.

I.1.b- Situation mondiale

Le paludisme, avec la tuberculose et le SIDA, constitue une des trois causes majeures de mortalité par maladie infectieuse. Actuellement, environ 40% de la population mondiale, essentiellement dans les pays les plus pauvres, sont exposés au paludisme.1 La maladie était initialement plus étendue mais elle a été éliminée dans de nombreux pays tempérés au milieu du XXème siècle. Le paludisme touche aujourd'hui les régions tropicales et subtropicales affectant chaque année plus de 500 millions de personnes de maladie aigue et causant plus d'un million de décès dont 90% surviennent en Afrique, touchant principalement les enfants. Les symptômes du paludisme apparaissent 9 à 14 jours environ après la piqûre du moustique infecté sous forme de fièvre, céphalées, vomissements.

I.1.c-Cycle du paludisme

Le cycle du paludisme (Figure 1) est complexe. Pour se développer, le parasite a besoin de deux hôtes successifs : l’homme, où se déroule le cycle asexué et le moustique, qui héberge la multiplication sexuée.2

32

Figure 1 : Cycle de vie du paludisme

Chez l'homme

Le cycle asexué du parasite comprend deux stades : stade exo-érythrocytaire (ou hépatique) et stade intra-érythrocytaire (ou sanguin).

L’anophèle femelle infecté, en prenant le sang nécessaire à sa ponte, inocule chez l'hôte par sa salive des centaines ou des milliers de formes parasitaires appelées sporozoïtes. Ceux-ci migrent rapidement vers le foie via la circulation sanguine. Ils pénètrent les cellules hépatiques où ils se divisent activement et donnent, après quelques jours, plusieurs milliers de jeunes parasites appelés mérozoïtes. Des formes dormantes appelées hypnozoïtes sont responsables des rechutes observées dans le cas de P. vivax et P. ovale. La cellule éclate et les mérozoïtes libérés intègrent les hématies en moins d’une minute.

Durant le stade intra-érythrocytaire apparaissent les signes cliniques. Après intégration dans le globule rouge, le mérozoïte se développe et forme un élément annulaire appelé trophozoïte. Ce dernier est le siège d’une activité métabolique intense qui comprend la digestion de l’hémoglobine et la polymérisation de l’hème en hémozoïne (ou pigment malarique) (cf.I.1.d-p.33). Le trophozoïte grossit et son noyau se divise pour donner un schizonte, qui une fois mûr éclate à son tour en libérant une vingtaine de mérozoïtes qui envahissent de nouvelles hématies, initiant ainsi de nouveaux cycles érythrocytaires. L'éclatement des schizontes mûrs s'accompagne de la libération d'hémozoïne et de débris membranaires érythrocytaires dans le sang provoquant des accès fébriles.

Après plusieurs cycles asexués, certains trophozoïtes se différencient en gamétocytes, mâles ou femelles, uninucléés qui permettent la poursuite du cycle chez le moustique.

33 N N N N Fe HOOC COOH II

Figure 2 : L’hème libre

Chez le moustique

Le cycle sexué du parasite (ou sporogonie) se déroule uniquement chez l’anophèle femelle, infecté par la piqûre d'un homme impaludé, et ne concerne que les formes gamétocytes. Le gamétocyte femelle se transforme rapidement en macrogamète, qui est fécondé par les gamètes flagellés, émis par le gamétocyte mâle, pour donner naissance à un œuf appelé ookinète. Cet œuf, qui est mobile, traverse la paroi gastrique de l’anophèle et s’enkyste sur sa partie externe en formant un oocyte. A l’intérieur de celui-ci les noyaux se divisent et donnent, après éclatement, de nouveaux sporozoïtes qui gagnent alors les glandes salivaires du moustique pour une future piqûre infestante.

I.1.d-Formation de l'hémozoïne et détoxification du parasite

Au sein de l'érythrocyte, le parasite sous la forme de trophozoïte utilise l'hémoglobine de l'hôte comme source d'acides aminés, indispensables à la synthèse de ses propres protéines. Cette digestion importante de l'hémoglobine (plus de 75%)3 se produit à l’intérieur de la vacuole digestive du parasite, compartiment acide dont le pH4 est compris entre 5,0 et 5,4. La dégradation de l’hémoglobine entraîne la libération de l’hème (ou ferriprotoporphyrine IX) (Figure 2), toxique pour le parasite, qui s’accumule dans sa vacuole digestive.5 L’hème Fe(II) s’oxyde rapidement en hème Fe(III). La présence en excès de réducteurs cellulaires, comme le glutathion, peut maintenir l'hème sous sa forme Fe(II).6 La forme Fe(II) de l'hème peut réduire l’oxygène moléculaire pour donner les formes réduites de l'oxygène O2

.-, HO. et H2O2

causant un stress oxydant létal pour le parasite.

Le parasite utilise une voie spécifique de détoxification7 : il transforme l’hème sous sa forme Fe(III) en un produit cristallin insoluble et inerte appelé hémozoïne par un processus d’agrégation particulier. Plusieurs équipes ont étudié de près la formation de l’hémozoïne et sa structure. Alors que le groupe de Slater8 proposait un polymère d'unités porphyriniques, Pagola et coll.9 ont montré que l'hémozoïne est en réalité un polymère de dimères d'hème (Figure 3). Dans un dimère, l’atome d’oxygène du groupement carboxylate du propionate d’une unité est coordonné avec l’atome de fer de l’autre unité et vice-versa. Les dimères sont reliés entre eux par des liaisons hydrogène entre les propionates non coordonnés. La formation de cette hémozoïne est la cible de plusieurs antipaludiques.

34

Figure 3 : Structure de l'hémozoïne proposé par Pagola et coll.

Il existe également d'autres possibilités de détoxification de l’hème qui peuvent être mises en jeu : l’activité catalase et peroxydase de l’hème peut aboutir à sa propre dégradation lors de la réaction avec H2O2 et O2 présents dans la vacuole.10 Une partie peut diffuser dans le

cytoplasme du parasite et être détruite par le glutathion réduit.11,12

I.2-

Les traitements antipaludiques : des alcaloïdes aux endoperoxydes

Les divers antipaludiques peuvent être classés en trois catégories en fonction de leur cible : les inhibiteurs de détoxification de l'hème (dérivés quinoléiques et endoperoxydes dérivés de l'artémisinine) ; les inhibiteurs du métabolisme des acides nucléiques (antifolates, naphtoquinones, antibiotiques) ; les gamétocytocides.

Nous nous intéresserons ici principalement aux inhibiteurs de la détoxification de l'hème.

I.2.a- Les alcaloïdes

Famille des aryl-aminoalcools (quinine et méfloquine) et des 4-amino-quinoléines (chloroquine et amodiaquine)

Un évènement majeur dans l'histoire du paludisme est la découverte au début du XVIIème siècle de l'activité antiplasmodiale de l'écorce de Cinchona, arbre péruvien aux vertus antipyrétiques.13 En 1820, Pelletier et Caventou, deux pharmaciens français, isolent les deux principaux alcaloïdes responsables de cette activité : la quinine et la cinchonine. La quinine représente le principal traitement antipaludique jusqu'aux années 1930. Le paludisme est alors parmi les premières maladies traitées par un composé chimiquement pur. A partir de ce moment là, de nouveaux antipaludiques ont été développés en conservant le motif quinoléine : la chloroquine, la méfloquine et l'amodiaquine sont les plus utilisées. La quinine est maintenant considérée comme trop toxique pour une utilisation en prophylaxie, mais les cas

35 N N HO MeO H N HN Cl OH N N HN Cl N N CF₃ CF₃ HO N H

Quinine Chloroquine Méfloquine Amodiaquine

1 4

3 2

Figure 4 : Structure de quelques alcaloïdes

N S N N Cl N MeO HN N N MeO HN NH2

Bleu de méthylène Pamaquine Primaquine

1 8 7 6 5 4 3 2

Figure 5 : Structures du bleu de méthylène et de dérivés 8-amino-quinoléines

de résistance sont rares, c'est pourquoi cette molécule est toujours employée pour traiter des cas sévères de paludisme. (Figure 4)

Ces molécules agissent en inhibant la polymérisation de l'hème par interaction de type

π-π entre le noyau quinoléine et le squelette porphyrinique de l'hémozoïne. Ainsi,

l'accumulation de l'hème dans la vacuole digestive conduit à la mort du parasite.14

Du bleu de méthylène aux 8-amino-quinoléines

En 1891, l'allemand Ehrlich observe que le bleu de méthylène est absorbé sélectivement par le parasite et découvre ainsi son activité antiplasmodiale. Il s'agit du premier médicament synthétique utilisé chez l'homme. La simplification de la structure du bleu de méthylène (BM) ainsi que l'adjonction d'une chaîne dialkylaminoalkyle ont mené à une nouvelle famille d'antipaludiques : les 8-amino-quinoléines (pamaquine, primaquine) (Figure 5).15

Ces molécules agissent comme gamétocytocides sur le stade intra-érythrocytaire du parasite mais aussi sur les stades hépatiques du parasite.

Au début des années 1960, apparaît le premier cas de résistance à la chloroquine en Thaïlande et en Amérique du Sud. Aujourd'hui la plupart des souches de Plasmodium

falciparum sont résistantes à la majorité des quinoléines en raison d'un usage excessif en

prophylaxie et d'un temps de demi-vie trop long. Afin de contourner ce phénomène de résistance, de nouvelles molécules ont dû être développées.

36 O O H O O H O O O H O O H H OR Artémisinine R = H : Dihydroartémisinine R = Me : β-Artémether R = Et : Artéether

R = COCH2CH2COONa : Artésunate

R = CH2C6H4COOH-p : Acide artélinique

1 10 9 12 8 7 6 14 5 4 3 2 15

Figure 6 : Structure de l'artémisinine et de quelques dérivés

I.2.b- L'artémisinine et ses dérivés

En 1967, le gouvernement chinois lance un programme, en relation avec la recherche de nouveaux antipaludiques, de criblage des plantes utilisées en médecine traditionnelle.13 Alors que l'activité antipyrétique de la décoction des feuilles de Artemisia annua est connue déjà en 340, ce n'est qu'en 1596 que son activité antiplasmodiale est décrite. Il a fallu ensuite attendre 1972 pour que des chercheurs Chinois isolent, par extraction de la plante à basse température, le composé actif appelé qinghaosu, connu sous le nom d'artémisinine. L'artémisinine est une lactone sesquiterpénique portant une fonction trioxane, indispensable à l'activité antipaludique.16 Bien qu'elle soit employée cliniquement, l'artémisinine présente une faible biodisponibilité.

Dans le cadre de la recherche de composés plus solubles, de nombreux dérivés ont donc été synthétisés.17 Tout d'abord la réduction de l'artémisinine a permis de fournir la dihydroartémisinine qui a conduit à la préparation d'une série d'analogues dits de première génération, incluant des composés plus liposolubles tels que l'artémether et l'artéether ou plus hydrosolubles comme l'artésunate de sodium ou l'acide artélinique (Figure 6). L'avantage de ces derniers est qu'ils peuvent être administrés par voie intraveineuse, ce qui permet de délivrer plus rapidement la drogue et donc d'agir plus rapidement que par voie intramusculaire. De plus, l'acide artélinique possède un temps de demi-vie plus long.

Néanmoins les temps de demi-vie de ces composés sont généralement assez courts, ce qui induit des traitements d'une durée de 5 à 7 jours afin d'éliminer totalement le parasite. Afin de diminuer la durée du traitement et d'empêcher le développement de résistance du parasite, ils sont maintenant administrés en combinaison avec d'autres molécules ayant des temps de demi-vie plus longs telles que la méfloquine.15 En effet en associant deux molécules actives, la probabilité d'avoir un parasite résistant aux deux drogues est très faible puisqu'elle est égale au produit des probabilités de résistance du parasite pour chaque drogue.18

37 O O O H F F

Figure 7 : Structure du Fenozen (BO-7)

Ces molécules endoperoxydes agissent au niveau de la vacuole digestive en alkylant l'hème ou des protéines du parasite. Le mode d'action est explicité au paragraphe I.3-p.40.

Malgré leurs forts potentiels contre les souches multirésistantes de Plasmodium

falciparum, l'artémisinine et ses premiers analogues sont obtenus par hémisynthèse à partir

des extraits de plantes, ce qui rend difficile leur utilisation pour des milliards de personnes en raison du coût élevé de production. Des composés totalement synthétiques ont donc été mis au point, tout en conservant le pont peroxyde, pour donner une nouvelle famille d'endoperoxydes, dits de seconde génération.

I.2.c-Endoperoxydes synthétiques

Des études structure-activité ont été menées afin de connaître les éléments structuraux indispensables à l'activité. Cette étude est nécessaire pour pouvoir concevoir des molécules plus simples, moins coûteuses et possédant une activité au moins égale à celle de l'artémisinine. Il résulte de cette étude que le 1,2,4-trioxane est le pharmacophore indispensable pour l'activité antipaludique.19

Plusieurs équipes ont alors travaillé sur la synthèse de différentes familles d'endoperoxydes à partir de produits de départ commerciaux ordinaires peu coûteux, et en suivant des stratégies de synthèse simples qui sont développées au paragraphe II-p.40. Quelques exemples d'endoperoxydes synthétiques sont donnés ci-dessous.

1,2,4-trioxanes

Différents trioxanes ont été synthétisés par les groupes de Jefford19, Kepler20 et Singh.21 Ce sont des dérivés très simplifiés de l'artémisinine puisqu'ils ne possèdent plus que le motif trioxane. Le Fenozen BO-7 (Figure 7), synthétisé par Jefford et coll. est le composé le plus actif de cette série.22

Trioxaquines

Afin de synthétiser des molécules peu coûteuses et efficaces sur les souches résistantes à la chloroquine et lutter contre la résistance établie par le parasite contre les antipaludiques, Meunier et coll.23 ont opté pour la bithérapie covalente. Les trioxaquines combinent par liaison covalente deux molécules actives ayant des modes d’action différents, un trioxane et une amino-quinoline. Ces molécules dites duales ont alors une double action, celle des

38 O O O H N HN N Cl Me H

Figure 8 : Trioxaquine DU-1302 de Meunier

O O MeO

Ar

Figure 9 : Structure des peroxycétals cycliques de Posner

O O O O

Figure 10 : Structure d'un tétraoxane de Vennerstrom

alcaloïdes et celle des trioxanes. La trioxaquine (DU-1302)24 est une des molécules les plus actives de cette série (Figure 8).

Peroxycétals cycliques

Le groupe de Posner25 a synthétisé une série de peroxycétals cycliques, analogues de produits naturels extraits d'éponges marines (Figure 9). Des études structure-activité ont révélé que le méthoxy en tête de pont améliore l’activité antipaludique de ces produits. Ces peroxycétals sont synthétisés facilement et possèdent in vitro de un quart à un dixième de l’activité de l’artémisinine.

1,2,4,5-Tétraoxanes

Les tétraoxanes sont des molécules cycliques comportant deux entités peroxyde qui étaient initialement utilisés dans l'industrie pour produire des lactones macrocycliques. Le travail novateur du groupe de Vennerstrom26 a démontré au début des années 1990 que les dispiro-1,2,4,5-tétraoxanes symétriques possèdent une activité antipaludique intéressante. Le produit le plus actif de cette famille, nommé WR 148999, a une activité comparable à celle de l’artémisinine in vitro contre P. falciparum et in vivo contre P. berghei (Figure 10).

Les autres produits de cette famille ont montré de meilleures activités in vitro mais les activités in vivo sont décevantes.27 Les auteurs ont expliqué cette différence par des effets d'encombrement stérique, ce qui rend l'approche du pont peroxyde plus difficile, ou par une hydrolyse enzymatique ou chimique de la fonction responsable de l’activité, avant que celle-ci n'atteigne la cible.

39

O O O

CONHCH₂C(CH₃)₂NH₂

Figure 11 : Structure du trioxolane OZ277 de Vennerstrom

Yingzhaosu A Artéflène O O O F3C F3C O O HO OH
1,2,4-Trioxolanes

Les trioxolanes sont des ozonides synthétisés par Vennerstrom et coll.28 Ils sont à l’heure actuelle très prometteurs dans la recherche de nouveaux composés antipaludiques. Le trioxolane OZ277 a été breveté (Figure 11). Il est actuellement en phase II de développement.29 Ces composés de structure très simple ont montré un temps de demi-vie plus long que celui des dérivés de l’artémisinine. De plus, ces produits sont actifs par voie orale chez les souris, ce qui facilite le traitement.

Yingzhaosu A et artéflène (Ro 42-1611)

Le yingzhaosu A est un produit naturel possédant un pont endoperoxyde plus simple que l’artémisinine. Il a été isolé d’une plante utilisée en médecine chinoise traditionnelle

Artabotrys uncinatus (Figure 12).30

Des analogues plus simples contenant un 2,3-dioxabicyclo [3.3.1] nonane ont été synthétisés, parmi lesquels l’artéflène (Ro 42-1611) développé par Hofheinz.31 Ce produit possède un squelette plus stable que celui de l’artémisinine et de ses dérivés,32 il dispose d’un faible taux de recrudescence et d’un temps de demi-vie plus long que celui de l’artémisinine et ses dérivés.33

Des voies de synthèse plus simples d’analogues de yingzhaosu A ont été réalisées par les groupes de O’Neill34 et de Bachi.35 Des analogues contenant des groupements sulfures ou sulfones ont été synthétisés par le groupe de Bachi. Les sulfones se sont avérées plus actives

40 H H H O O O O O FeIII _H H H O O O O O H H H O O O H2C O HO H H H O O O O HO Fe N N N N HOOC COOH hème Fe(II) 4 3

Schéma 1 : Alkylation de l'hème par l'artémisinine

I.3-

Mode d'action des endoperoxydes

Le développement de cette nouvelle classe de composés nécessite une connaissance précise du mécanisme d'action de l'artémisinine. Ce dernier a fait l'objet d'études détaillées par plusieurs auteurs.37, 38, 39

Ces études montrent que les peroxydes antipaludiques tuent sélectivement le parasite par activation du pont peroxyde40 par du fer de l'hème41 ou du fer libre42 induisant alors la rupture homolytique de la liaison O-O par transfert électronique. Cette réduction entraîne la formation de radicaux oxygénés qui se réarrangent en radicaux carbonés39, 43 parmi lesquels un radical primaire centré sur le carbone C-4 issu de la β-scission de la liaison C3-C4.

En 1994, Meshnick et coll.44 montrent que l'artémisinine et ses dérivés présentent des propriétés alkylantes vis-à-vis de l'hème (Schéma 1) et des protéines parasitaires, qui sont responsables de la mort du parasite. Le premier adduit covalent hème-artémisinine a été caractérisé par l'équipe de Meunier en 2001.45

Ces radicaux sont donc capables d'alkyler l'hème ou d'autres molécules du parasite (cystéine,46 glutathion,47 hémoglobine humaine A048) conduisant ainsi à une perturbation du métabolisme et à la mort du parasite.

II-

Les différentes sources d'oxygène utilisées pour la synthèse des

peroxydes

La synthèse des peroxydes peut se faire au moyen de différentes sources d'oxygène telles que le peroxyde d'hydrogène, l'ozone, l'oxygène à l'état excité singulet ou à l'état fondamental triplet.

II.1-

Le peroxyde d'hydrogène

L'addition du peroxyde d'hydrogène à des composés carbonylés conduit à des gem-dihydroperoxydes ou bien à des hydroperoxy-hémicétals49 tandis qu'avec des époxydes, il mène à des β-hydroxy-hydroperoxydes50 (Figure 13).

41 (R1, R2≠ H) R1 R2 OOH X X = OOH : gem-dihydroperoxydes X = OH : hydroperoxy-hémicétals X = CH2OH : β-hydroxy-hydroperoxydes

Figure 13 : Structure des gem-dihydroperoxydes, des hydroperoxy-hémicétals et des β -hydroxy-hydroperoxydes R1 R2 O H₂O₂ R1 R2 HOO OOH

Schéma 2 : Formation des gem-dihydroperoxydes par H2O2

O 1) 30% H₂O₂ / 2M HCl 2) 10% HClO₄ / AcOH 2 O O O O 1 5 4 2 3 6

Schéma 3 : Synthèse du tétraoxane WR148999 par la méthode de Sanderson

II.1.a- Utilisation des gem-dihydroperoxydes

Les dihydroperoxydes (Schéma 2) ont pu être isolés en milieu acide51, 52 tandis qu'en milieu neutre, le traitement de la cyclohexanone par l'eau oxygénée a conduit à un mélange de produits peroxydés.53

Ces dihydroperoxydes servent de précurseurs dans la synthèse de nombreux peroxydes cycliques tels que les 1,2,4,5-tétraoxanes ou encore les 1,2-dioxolanes. Quelques exemples sont décrits ci-dessous.

1,2,4,5-tétraoxanes

Vennerstrom et coll.26 ont ainsi synthétisé le dispiro-1,2,4,5-tétraoxane (WR148999) symétrique en deux étapes one-pot avec un rendement de 60% selon la méthode de Sanderson54 : tout d'abord addition du peroxyde d'hydrogène sur la 2-méthylcyclohexanone en présence d'acide chlorhydrique conduisant au dihydroperoxyde, puis condensation de ce dernier sur la cyclohexanone en présence d'acide perchlorique en quantité catalytique (Schéma 3).

La formation du dihydroperoxyde peut aussi se faire en présence d'acide sulfurique55 selon la méthode de McCullough56, ou par de l'acide tungstique à partir du cétal correspondant57, ou encore par de l'éthérate de trifluoroborane à partir de l'éther d'énol correspondant.49

Une autre méthode mise au point par Bonnet-Delpon et coll.58 consiste à utiliser le méthyltrioxorhénium comme catalyseur à la place de l'acide en présence de trifluoroéthanol comme solvant (Schéma 4). L'utilisation d'un solvant fluoré permet d'activer à la fois le peroxyde d'hydrogène et le catalyseur. Ainsi ces conditions neutres conduisent sélectivement

42 R CHO H2O2 R OH OOH R CHO R OH O O R OH

Schéma 6 : Formation des bis(hydroxyalkyl) peroxydes

one-pot aux tétraoxanes non symétriques après cyclisation, catalysée par l'acide

tétrafluoroborique, du dihydroperoxyde avec des rendements de 45 à 74%.

Iskra et coll.59 ont mis au point une méthode plus générale pour la préparation de dihydroperoxydes dans des conditions neutres : l'utilisation d'une solution aqueuse à 30% de H2O2 en présence d'iode comme catalyseur.

1,2-dioxolanes

Vennerstrom et coll.60 décrivent la synthèse en trois étapes de 1,2-dioxolanes selon la méthode de Ramirez et Woerpel61 (Schéma 5), via un dihydroperoxyde obtenu à partir de la cétone correspondante avec des rendements globaux de 35 à 94%. Tout d'abord, l'addition de H2O2 en milieu acide sur la cétone suivie de la protection par un groupement silylé fournit le

peroxycétal silylé. La réaction d'annélation entre ce dernier et un alcène en présence d'un acide de Lewis conduit au 1,2-dioxolane souhaité via le passage par un intermédiaire peroxycarbénium. L'utilisation de ce type de peroxycétals fournit un bon compromis entre la stabilité et la réactivité de la fonction peroxyde.

II.1.b-Utilisation des hydroperoxy-hémicétals

Les aldéhydes forment des hydroperoxy-hémiacétals par réaction avec H2O2. Ces

composés sont difficiles à obtenir sélectivement car ils se transforment rapidement en réagissant avec une seconde molécule d'aldéhyde pour donner des bis(hydroxyalkyl)peroxydes (Schéma 6).49 La réactivité des cétones est différente dans la mesure où l'hydroperoxy-hémicétal formé se transforme en un mélange complexe de produits peroxydés.53 O 1) 30% H₂O₂ (2éq) / MeReO₃ (0,1 éq) / CF₃CH₂OH 2) R1COR2 / HBF₄ O O O O R1 R₂

Schéma 4 : Synthèse de tétraoxanes par la méthode de Bonnet-Delpon

R1 R2 O R1 R2 O O O O Et3Si SiEt₃ CH₂Cl₂ SnCl₄ R1 R2 O+ Et3SiO R4 R3 O O R1 R2 R3 R4 1) HCOOH / H2O2 / CH2Cl2 2) Et3SiCl / Et3N / DMAP 1 2 5 4 3

43 Ph CHO H₂O₂ Ph HO O O Ph OH O Ph _Ph HO O O Ph HO ClSO3H WO3 _O O O Ph Ph 2

Schéma 7 : Synthèse de trioxanes par Nojima

Contrairement aux hydroperoxy-hémicétals, les peroxy-hémicétals sont stables et peuvent donc être isolés. Ils sont obtenus directement par action de H2O2 sur le groupement

carbonyle suivie d'une étherification catalysée en milieu acide ou basique.62

Ces composés servent de précurseurs dans la synthèse de nombreux peroxydes cycliques tels que les 1,2,4-trioxanes ou bien les 1,2-dioxanes.

1,2,4-trioxanes

Nojima et coll.63 ont préparé des 1,2,4-trioxanes à partir d'aldéhydes (Schéma 7). Le traitement de l'aldéhyde avec le peroxyde d'hydrogène conduit à la formation d'un dihydroxy-peroxyde. Celui-ci réagit avec un époxyde en présence d'oxyde de tungstène (VI) puis d'acide chlorosulfonique en quantité catalytique pour donner le trioxane voulu avec un rendement de 32%.

Le mécanisme proposé est le suivant (Schéma 8) : ouverture de l'époxyde par l'oxyde de tungstène pour donner un intermédiaire zwitterionique ; attaque du peroxyde sur cet intermédiaire avec élimination de benzaldéhyde ; cyclisation catalysée par l'acide chlorosulfonique avec élimination d'eau.

Wu et coll.64 ont synthétisé des 1,2,4-trioxanes à partir de cétones en utilisant la méthode de Kobayashi.65 Après cyclisation en milieu acide de l'alcool secondaire sur la cétone, l'hémicétal formé est transformé en hydroperoxy-cétal par oxydation ou par substitution du groupe hydroxyle par le complexe H2O2-urée. L'hydroperoxy-cétal se cyclise

alors par une addition de Michaël sur le dérivé α,β-insaturé dans des conditions basiques pour O Ph _{WO3 WO} 3 O Ph Ph HO O O Ph OH O O O Ph Ph Ph O O Ph H2O HO ClSO3H Ph O O Ph HO HO Ph O O Ph HO O WO3 OH Ph + - H2O PhCHO

44 CO2Et HO O nC6H13 H2O2-H2NCONH2 CO2Et O H nC6H13 HOO Et2NH CF3CH2OH O H nC6H13 O O EtO2C APTS, DME CO2Et O H nC6H13 HO 1 4 2 6 5 3 89% 35%

Schéma 9 : Synthèse de trioxanes par la méthode de Kobayashi

MeO O O H2O2-H2NCONH2 MeO O OMe HOO Et2NH (CF₃)₂CHOH O O _OMe MeO2C Sc(OTf)3 / MeOH 2 3 4 5 6 1 83% 72%

Schéma 10 : Synthèse de dioxanes par Kobayashi

fournir le trioxane souhaité (Schéma 9). L'utilisation d'un solvant alcool fluoré permet de protoner l'énolate formé au cours de l'addition 1,4 sur le dérivé α,β-insaturé et de générer ainsi le trioxane.

1,2-dioxanes saturés

Kobayashi et coll.66 ont synthétisé des analogues de l'acide peroxyplakorique extrait de l'éponge marine Plakortis (Schéma 10).

L'acétalisation par le méthanol de la cétone, catalysée par le triflate de scandium, suivie de la peroxydation par le complexe H2O2-urée conduit à la formation d'un hydroperoxy-cétal. Ce

dernier en milieu basique dans l'hexafluoroisopropanol réagit sur l'énone selon une addition de Michaël pour donner le dioxane cétal correspondant. Le solvant fluoré sert de donneur de proton lors de la cyclisation.65

II.1.c-Utilisation des β-hydroxy-hydroperoxydes

En 1976, le traitement d'époxydes par le peroxyde d'hydrogène à 98% dans l'éther en présence d'un catalyseur acide (acide perchlorique) a permis d'isoler des β-hydroxy-hydroperoxydes.50 Cependant ces conditions sont relativement dangereuses, c'est pourquoi en 2005 Vennerstrom et coll.67 ont préféré utiliser des conditions plus douces permettant l'accès à

des 1,2,4-trioxanes via des β-hydroxy-hydroperoxydes.

L'hydroperoxydation des époxydes est alors réalisée avec le peroxyde d'hydrogène commercial à 50% dans l'eau et un catalyseur au molybdène. En présence d'une quantité catalytique d'acide para-toluènesulfonique, les trioxanes cibles sont formés par réaction avec une cétone (Schéma 11).

45 O OH O OH APTS _O O O MoO₂(acac)₂ 50% H₂O₂ 59% 95% O

Schéma 11 : Synthèse de trioxanes par Vennerstrom

X R1 R2 O₃ +O R1 R2 O -R1 R2 ROO Nu X = CH2 : alcène

X = CH-OMe : éther d'énol X = N-OMe : éther d'oxime

"Nu"

Schéma 13 : Formation et réactivité de l'ion peroxycarbénium

O O O + O O -+ O O O O O O O

Schéma 12 : Mécanisme d'ozonolyse

II.2-

L'ozone

Après avoir décrit l'utilisation du peroxyde d'hydrogène sur des composés carbonylés ou des époxydes comme source d’oxygène pour la formation de peroxydes, nous allons maintenant aborder l’emploi de l'ozone.

L'ozonolyse68 se déroule en trois étapes, qui sont toutes des cycloadditions 1,3-dipolaires : formation d'un ozonide primaire (1,2,3-trioxolane) par addition de l'ozone sur une oléfine ; décomposition de ce dernier en ion peroxycarbénium et en composé carbonylé ; addition de l'ion peroxycarbénium sur le composé carbonylé pour donner un 1,2,4-trioxolane. (Schéma 12)

En général, l'ozonide secondaire (1,2,4-trioxolane) ne peut être obtenu à partir de l'ion peroxycarbénium que si l'alcène de départ présente au moins un atome d'hydrogène sur la double liaison. Sinon, il peut se dimériser pour conduire à des 1,2,4,5-tétraoxanes ou réagir avec des nucléophiles.

L'ozonolyse d'alcènes, et plus généralement d'éthers d'énol ou d'éthers d'oxime, reste donc la voie principale d'accès à l'ion peroxycarbénium (Schéma 13). Il représente un intermédiaire réactif majeur pour la formation de nombreux peroxydes.49

46 O O + O O -ROH O HOO OR MeOH NaOMe O O O OR O3, CH2Cl2 -78°C

Schéma 14 : Synthèse de dioxanes par Posner

O nC₆H_{13 O} 3 nC6H13 O O O MeOH nC6H13 _O OOH MeO O O MeO nC₆H₁₃ OH

Schéma 15 : Synthèse d'un dioxolane à partir d'un oxirane

O O O OR 1 4 6 8 Figure 14 : Diastéréoisomère 8S

II.2.a- Utilisation d'alcènes

1,2-dioxanes saturés

En se basant sur les travaux préliminaires de Dussault et Zope69, O'Neill et coll.34 ont synthétisé des dérivés de yingzhaosu A (Schéma 14), antipaludique naturel isolé de Artabotrys

unicinatus. Le traitement de la R-carvone par l'ozone conduit à la formation de l'ion

peroxycarbénium qui en présence d'alcool, jouant le rôle de nucléophile, donne l'hydroperoxy-cétal correspondant. Celui-ci est transformé en 1,2-dioxane avec des rendements de 24 à 38% par cyclisation intramoléculaire catalysée par le méthylate de sodium.

L'hydroperoxy-cétal est obtenu sous la forme d'un mélange de deux diastéréoisomères dans les proportions 1/1. En revanche un seul diastéréoisomère est obtenu pour l'endoperoxyde, celui possédant le groupe alcoxy en position axiale (Figure 14). Cela est probablement dû à un effet anomérique.

1,2-dioxolanes

Dussault et Dai70 ont décrit la synthèse d'analogues de l'acide plakinique A, produit naturel comportant une fonction 1,2-dioxolane (Schéma 15). L'ozonolyse de la fonction alcène suivie de l'attaque nucléophile du méthanol fournit un hydroperoxy-cétal. Celui-ci, par cyclisation intramoléculaire 5-exo, conduit stéréospécifiquement à mélange 1/1 de deux diastéréoisomères du 1,2-dioxolane avec un rendement global de 72%.

47 Ph OMe O3 Ph O O HO R1 R2 HOO O Ph R1 R2 O H O O O Ph OH R1 R2 HCOOH HOO O Ph R1 _R2 HOO O Ph R1 _R2 O O O O3 13-51% 64-94% HCOOMe

Schéma 17 : Synthèse de trioxanes à partir d'éthers d'énol

Me₃Si HO₂C O Me3SiO HO₂C O O O CF₃COOH CHCl3 OHC HO₂C O O HO O O O O O O3, MeOH -78°C - H₂O

Schéma 16 : Synthèse de l'artémisinine par Avery

1,2,4-trioxanes

En 1987, Avery et coll. ont proposé la synthèse totale de l'artémisinine en douze étapes.71 En utilisant la réaction d'ozonolyse sur un vinylsilane, décrite par Büchi72 en 1978, ils ont pu isoler à basse température un dioxétane intermédiaire qui, par un traitement à l'acide trifluoroacétique, se cyclise pour donner l'artémisinine avec un rendement de 37% (Schéma 16). Le mécanisme de cette réaction diffère de celui de l'ozonolyse classique décrit précédemment.

II.2.b-Utilisation d'éthers d'énol

1,2,4-trioxanes

Nojima et coll.73 ont utilisé la cyclisation électrophile d'hydroperoxy-cétals insaturés, issus du piégeage de l'ion peroxycarbénium par des alcools insaturés pour former des 1,2,4-trioxanes (Schéma 17). L'ozone réagit sélectivement avec l'éther vinylique, riche en électrons, pour donner l'ion peroxycarbénium qui est immédiatement capturé par l'alcool allylique.

Une seconde ozonolyse74 effectuée sur l'hydroperoxy-cétal insaturé conduit au trioxane souhaité via une cyclisation intramoléculaire de l'hydroperoxyde sur l'aldéhyde intermédiaire.

48 Ph OMe _O 3 Ph O O _H 2O2 Ph OOH OOH BSA Et2O CH2Cl2 TMSOTf O O O O R1 R2 Ph Ph OOTMS OOTMS O R1 R2 41% 66% 14-33%

Schéma 18 : Synthèse de tétraoxanes à partir d'éthers d'énol

N OMe O3 CH2Cl2, -75°C O O O O O O 2 2 49%

Schéma 19 : Synthèse de tétraoxanes à partir d'éthers d'oxime

1,2,4,5-tétraoxanes

En utilisant la méthodologie de Jefford,75 Nojima et coll.76 ont synthétisé des

tétraoxanes via la formation d'un bis-hydroperoxyde obtenu après ozonolyse de l'éther d'énol par addition nucléophile du peroxyde d'hydrogène sur l'ion peroxycarbénium intermédiaire (Schéma 18). La cyclocondensation du dihydroperoxyde, protégé préalablement par des groupements triméthylsilylés en utilisant le N,O-bis(triméthylsilyl)cétamide (BSA), avec des composés carbonylés en présence de trifluorométhanesulfonate de triméthylsilyle conduit au tétraoxanes asymétriques.

II.2.c-Utilisation d'éthers d'oxime

1,2,4,5-tétraoxanes

Vennerstrom et Dong77 ont montré que l'ozonolyse de O-méthyl oximes est une voie alternative pour la synthèse de dispiro-tétraoxanes, qui ne pourraient être obtenus par la voie classique de peroxydation en milieu acide de la cétone correspondante. Les tétraoxanes sont obtenus par dimérisation de l'ion peroxycarbénium (Schéma 19).

L'avantage de cette méthode, par rapport à l'ozonolyse d'éthers d'énol, est d'utiliser des réactifs facilement accessibles, les oximes, en dépit de leur plus faible réactivité vis-à-vis de l'ozone.

1,2,4-trioxolanes

En utilisant la réaction d'ozonolyze de Griesbaum,78 Vennerstrom et coll.79 ont synthétisé des 1,2,4- trioxolanes par traitement à l'ozone d'une oxime et d'une cétone (Schéma

20). Les 1,2,4-dioxolanes sont obtenus majoritairement avec la configuration cis : cette