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Thèse de doctorat/ PhD Thesis Citation APA:

Rouchaud, A. (2007). Synthèse d'analogues des tétraponérines en vue d'une étude structure - activité cytotoxique (Unpublished doctoral dissertation).

Université libre de Bruxelles, Faculté des Sciences – Chimie, Bruxelles.

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D 03516

Faculté des Sciences

Service de Chimie Organique

Synthèse d’analogues des tétraponérines en vue d’une étude structure/activité

cytotoxique

Thèse présentée en vue de l’obtention du grade légal de Docteur en Sciences

Rouchaud Anne

Novembre 2007

Université Libre de Bruxelles

Faculté des Sciences Service de Chimie Organique

Synthèse d’analogues des tétraponérines en vue d’une étude structure/activité

cytotoxique

Thèse présentée en vue de l’obtention du grade légal de Docteur en Sciences

Rouchaud Anne

Novembre 2007

Thèse de doctorat présentée devant le jury composé de : Mr J.-C. Braekman

Mr Y. Geerts Mme F. Kirsch Mme C. Moucheron Mr I. Jabin

Mme J. Marchand (Université Catholique de Louvain)

Je tiens à exprimer toute ma reconnaissance au Professeur Jean-Claude Braekman pour m'avoir accueillie au sein du Service de Chimie Organique et pour la confiance qu 'il m'a témoignée tout au long de ce travail. Ses précieux conseils et sa grande disponibilité ont permis de mener à bien ce travail.

Je remercie également :

Monsieur M. Luhmer, Directeur du CIREM et Madame R. d’Orazio pour le relevé des spectres de résonance magnétique nucléaire.

Messieurs Marc Pamart et Michel Kaisin pour l'enregistrement des spectres de masse.

Je remercie également Marc pour toutes les aides d'ordre technique dans le laboratoire et Michel pour son aide précieuse pour des questions de spectrométrie de masse et ses nombreux voyages à Mons pour y porter des échantillons à la masse.

Messieurs R. Flammang, M. Boulvin et P. Gerbaux de l'Université de Mons-Hainaut pour avoir effectué les spectres de masse électrospray.

Jacqueline, pour avoir réalisé des commandes express de produits.

Mes remerciements s'adressent aussi

Aux anciens : Christophe et Dominique pour m'avoir si bien accueillie dans le

« laboratoire des garçons ». Que de rires et de pleurs... Encore désolée Christophe pour le thiophénol! Cédric et Pascal pour leurs nombreux encouragements, pour toutes les questions lors des répétitions PRIA et pour avoir mis l'ambiance lors des midis-croques et pauses thés.

A Jean, pour son extrême gentillesse et son optimisme dans toutes situations.

François, pour son dynamisme et son incroyable pouvoir de persuasion pour aller boire un verre après le labo! Eveline, pour avoir partagé ces huit années avec moi et pour ses nombreux lifts lors de soirées tardives.

A toutes les autres personnes qui sont passées par le laboratoire durant ma thèse et qui ont contribué à la bonne ambiance qui a toujours régné au laboratoire.

Pour son soutien financier, J'adresse mes remerciements au Fonds pour la formation à la Recherche dans l'Industrie et dans l'Agriculture (FRIA).

A la nouvelle et sympathique équipe dirigée par le Professeur Ivan Jabin : Angélique, Alice, Jean-François, Rita, Mélanie, Michaël, Dorkas et Marc P., je souhaite beaucoup de

réussite.

Enfin, je tiens à remercier tout particulièrement mes parents et Marc pour tout le soutien et les encouragements qu 'ils m'ont apportés à chaque instant au cours de ces quatre années.

Un tout grand merci à tous.

Table des Matières

Résumé...i

Abréviations, conventions et remarques préliminaires...iv

Introduction...1

I. DEFENSE CHIMIQUE CHEZ LES FORMICIDAE...2

IL DEFENSE CHIMIQUE CHEZ TETRAPONERA sp...4

II. 1 Les tétraponérines...4

11.2 Propriétés biologiques des tétraponérines... 5

11.2.1 Propriétés insecticides des tétraponérines... 5

11.2.2 Propriétés cytotoxiques des tétraponérines... 6

11.2.3 Récepteurs cholinergiques... 6

Les récepteurs nicotiniques Les récepteurs muscariniques 11.2.4 Les anticholinergiques... 8

11.2.5 Les anticholinestérases... 8

11.2 .6 Propriétés neurotoxiques des tétraponérines...9

11.2.7 Propriétés antibactériennes des tétraponérines... 10

11.2.8 Conclusions... 11

III. LA FONCTION AMINALE... 12

III. 1 Introduction... 12

111.2 Synthèse...13

111.2.1 Condensation de composés carbonylés avec des amines...14

111.2.1.1 Les aminals ouverts... 14

Aldoaminals Cétoaminals 111.2.1.2 Les aminals cycliques...15

111.2.2 Substitution de composés dihalogénés par des amines... 16

Aldoaminals Cétoaminals 111.2.3 Addition d’amines sur des sels d’iminiums... 17

111.2.4 Réduction d’iminiums... 18

111.2.5 Réduction d’amidines et de sels d’amidiniums...18

111.2.6 Réduction d’urées... 19

111.2.7 Autres procédés...19

111.3 Réactivité des aminals... 20

111.3.1 Réactions avec des électrophiles... 20

111.3.1.1 Halogénoacides...20

111.3.1.2 Halogénures d’alkyles... 21

111.3.1.3 Autres électrophiles... 22

111.3.2 Réactions avec des nucléophiles... 24

111.3.2.1 Nucléophiles O, N, S... 24

111.3.2.2 Nucléophiles carbonés... 25

111.3.3 Réductions...26

111.4 Utilité des aminals en synthèse... 26

111.4.1 Iminiums à partir d’aminals...26

111.4.2 Imidazolidines...27

111.4.3 Aminals benzotriazoles...28

111.4.4 Hexaméthylènetetramine...28

111.4.5 Bisaminals... 29

111.5 Conclusions... 29

But du travail... 30

Résultats et Discussions... 32

I. SYNTHESE DES ANALOGUES « 666 »... 33

1.1 Introduction... 33

1.2 Di- et trimérisation de la A'-pipéridéine... 35

1.3 Essais de synthèse du squelette « 666 » en milieu aqueux à partir... 37

d’a-tripipéridéine 1.3.1 Données de la littérature pour la réaction de condensation en milieu aqueux... 37

1.3.2 Essais de synthèse du squelette « 666 » en milieu aqueux...38

1.3.2.1 Synthèse de l’a-tripipéridéine [94]...38

1.3.2.2 Essais de condensation-cyclisation... 39

1.3.3 Tentatives d’explication de la dépendanee du rendement en [76] en fonction du 42 pH 1.4Essais de synthèse du squelette « 666 » en milieu organique à partir... 43

d ’ a-tripipéridéine 1.4.1 Données de la littérature pour la réaction de eondensation en milieu organique... 43

1.4.2 Essais de condensation-cyclisation... 44

1.4.3 Conclusions...46

1.5 Présentation de la 2®™ synthèse : Synthèse du squelette « 666 » à partir...47

de la 2 -( 2 , 2 -diéthoxyéthyl)pipéridine [ 110 ] 1.5.1 Synthèse de la 1-carbobenzyloxy- 2-(2-éthanol)pipéridine [114]... 48

1.5.2 Oxydation de l’alcool [114] par le PCC/ AI 2 O 3 ... 48

1.5.3 Protection de la fonction aldéhyde de [115]...48

1.5.4 Déprotection de la fonetion amine de [116]...49

1.5.5 Synthèse de l’a-aminonitrile [112] : formation du squelette « 666 »... 49

1.5.6 Alkylation de l’a-aminonitrile [112]... 54

1.6 Conclusions... 55

IL SYNTHESE DES ANALOGUES « iso 666 »... 56

11.1 Introduction... 56

11.2 Mécanisme de formation du squelette « iso 666 »... 56

11.2.1 Synthèse du dibromure de l’hydrate de tétrahydroanahasine [135]...57

11.2.2 Synthèse du squelette « iso 666 » à partir du sel de dibromure de l’hydrate... 58

de tétrahydroanahasine [135] 11.3 Synthèse du squelette « iso 666 » à partir d’a-tripipéridéine... 59

11.4 Etude de la stéréochimie de la réaction de condensation... 60

11.5 Synthèse des dérivés alkylés « iso 666 » à partir de [77]... 62

11.5.1 Hydrolyse et décarboxylation de [77] en [144]... 62

11.5.2 Réaetion de ben 2 rylation de [144]... 63

11.5.3 Synthèse de l’a-aminonitrile [146] à partir du lactame [145]... 63

11.5.4 Alkylation de l’a-aminonitrile [146]...65

11.5.5 Déprotection de l’amine secondaire... 66

11.5.6 Méthylation de l’amine secondaire... 66

11.5.7 Synthèse de l’a-aminonitrile [150] à partir du lactame non protégé [144]... 67

111. SYNTHESE DES ANALOGUES « 556 »... 68

111.1 Introduction... 68

111.2 Formation de la 3-bromo-l-pipéridéine [152]...69

111.3 Essais d’amélioration de la synthèse de ]93] à partir de lysine... 70

111.4 Essais d’ouverture de la fonction aminal de [93]...71

111.5 Essais de synthèse de sels du dérivé [93]... 72

111.6 Correction de la structure de [93]... 75

111.7 Propositions de mécanismes pour la formation de [159]... 79

111.8 Synthèse du dérivé [159]...80

111.8.1 Données de la littérature... 80

111.8.2 Synthèse de [159] à partir de la (3-iodo-2-diéthylmalonate)pipéridine [166].... 82

111.8.2.1 Les ènecarbamates...83

111.8.2.2 Les a-méthoxycarbamates... 85

111.8.2.3 Synthèse de l’ènecarbamate [167] à partir du ô-valérolactame [181]... 86

1. Protection de l’amine secondaire du ô-valérolactame... 87

2. Réduction du lactame [182]...87

3. Réduction du lactame [182] et déshydratation... 87

111.8.2.4 Synthèse de l’ènecarbamate [167] à partir du 5-amino-l-pentanol [184].... 88

1. Synthèse du 5-amino-N-carbobenzyloxypentanol [185]...89

2. Essais d’oxydation de l’alcool [185] par l’oxydation de Swem... 89

3. Synthèse de la 1-carbobenzyloxy-2-pipéridéine [167]...90

111.8.2.5 Synthèse du dérivé [159]... 90

1. Synthèse de la l-carbohenzyloxy-3-iodo-2-méthoxypipéridine [187]...90

2. Synthèse de 1a (l-carbobenzyloxy-3-iodo-2-diéthylmalonate)pipéridine [168] 92 3. Formation du squelette « 556 »... 93

111.9 Synthèse des dérivés alkylés à partir du dérivé [159] : Schéma de synthèse... 94

111.9.1 Hydrolyse des esters de [159] suivie de décarboxylation...95

111.10 Synthèse des dérivés alkylés à partir de la 2-allyl-l-carbobenzyloxy-3-...96

iodopipéridine [192a] et de la l-carbobenzyloxy-2-(dodéc-2-enyl)-3- iodopiperidine [192b]: 2®™*^ Schéma de synthèse 111.10.1 Synthèse de la 2-allyl-l-carbobenzyloxy-3-iodopipéridine ]192a]...96

111.10.2 Essais de synthèse de [193a] à partir de [192a]... 97

III. 10.3 Conclusions...97

111.11 Synthèse du dérivé acétonyle « 556 » [204] à partir de la 2-acétonyl-... 98

l-carbobenzyloxy-3-iodopipéridine [194] : 3^™^ Schéma de synthèse III. 11.1 Synthèse de l’énol silylé [195]... 98

III. 11.2 Essais de substitution du OMe de la l-carbobenzyloxy-3-iodo-2-... 99

méthoxypipéridine [187] 111.11.3 Synthèse de la 3-bromo-l-carbobenzyloxy-2-méthoxypipéridine [196]... 101

111.11.4 Substitution du OMe de la 3-bromo-l-carbobenzyloxy-2-... 101

méthoxypipéridine [196] 111.11.5 Synthèse de la 3-bromo-l-carbométhoxy-2-méthoxypipéridine ]198]... 102

111.11.5.1 Synthèse du 5-amino-N-carbométhoxypentanol [199]...102

111.11.5.2 Synthèse de la l-carbométhoxy-2-pipéridéine [200]... 102

111.11.5.3 Synthèse de la 3-bromo-l-carbométhoxy-2-méthoxypipéridine [198].... 103

III. 11.6 Substitution du OMe de la 3-bromo-l-carbométhoxy-2-...103

méthoxypipéridine [198] III. 11.7 Synthèse de la l-carbométhoxy-3-iodo-2-méthoxypipéridine [202]...104

III. 11.8 Essais de substitution du OMe de la l-carbométhoxy-3-iodo-2-... 105

méthoxypipéridine [ 202 ] III. 11.9 Formation du dérivé acétonyle « 556 » [204]... 106

III. 11.10 Synthèse du thioacétal [205]... 108

III. 11.11 Essai de réduction du thioacétal [205]... 109

III. 11.12 Essai de synthèse de l’énol de triflate de la cétone [206]... 109

III. 12 Synthèse du dérivé 2-oxododécyle ]209] à partir de la 3-bromo-l-... 110

carbométhoxy- 2 -( 2 -céto -1 -dodécanyl)pipéridine [208] III. 12.1 Synthèse de l’énolsilylé de la 2-dodécanone ... 110

III. 12.2 Substitution de la 3-bromo-2-méthoxypipéridine [198] par l’énoxysilane.... 110

dérivé de la 2-dodécanone [207] III. 12.3 Formation du dérivé 2-oxododécyle « 556 » [209]... 111

IV. SYNTHESE DE LA CIS- ET TRANS-2-METHYL-6-PENTYLPIPERIDINE... 114

ET DE LA TETRAPONERINE-5 IV. 1 Introduction...114

IV.2 Synthèse de la cis- et trans-2-méthyl-6-pentylpipéridine...114

IV. 2.1 Synthèse de la 2-méthyl-6-pentylpyridine [211]...114

IV.2.2 Synthèse de la cis- et trans-2-méthyl-6-pentylpipéridine [212], [213]... 115

IV. 3 Synthèse de (±)-T-5... 116

IV.3.1 Synthèse du squelette « 565 »... 116

IV.3.2 Hydrolyse de [ 88 ] suivie de la décarboxylation... 117

IV.3.3 Synthèse de l’a-aminonitrile [90]... 117

IV.3.4 Introduction de la chaîne pentyle : formation de (±)-T-5...117

V. TESTS BIOLOGIQUES... 119

V. 1 Tests de cytotoxicité... 119

V.2 Résultats des tests de cytotoxicité...119

Conclusions... 122

Partie expérimentale...125

Généralités... 126

I. SYNTHESE DES ANALOGUES « 666 »... 127

1.1 Synthèse du squelette «666 » à partir d’a-tripipéridéine... 127

1.1.1 Synthèse d’a-tripipéridéine [94]...127

1.1.2 Synthèse de [76] à partir d’a-tripipéridéine en milieu aqueux... 128

1.1.3 Préparation des différentes solutions tampons...130

1.1.4 Essais de synthèse de ]76] à partir d’a-tripipéridéine dans des solvants...130

organiques 1.2 Synthèse du squelette «666 » à partir de la 2-(2,2-diéthoxyéthyl)pipéridine [110].... 131

1.2.1 Synthèse de la 1-carbobenzyloxy- 2-(2-éthanol)pipéridine [114]...131

1.2.2 Oxydation de l’alcool [114] par le PCC/AI 2 O 3 ...132

1.2.3 Protection de la fonction aldéhyde de [115]... 132

1.2.4 Déprotection de la fonction amine de [116]... 133

1.2.5 Synthèse de l’a-aminonitrile [112] : formation du squelette « 666 »...134

I. 3 Synthèse des dérivés alkylés « 666 »... 135

1.3.1 Alkylation de l’a-aminonitrile [112]...135

II. SYNTHESE DES ANALOGUES « iso 666 »...137

II. l. Synthèse du squelette « iso 666 »...137

II. 1.1 Synthèse du dibromure de l’hydrate de tétrahydroanabasine ]135]... 137

II. 1.2 Synthèse du squelette « iso 666 » à partir du sel de dibromure de ... 137

l’hydrate de tétrahydroanabasine [135] II. 1.3 Synthèse du squelette « iso 666 » à partir d’a-tripipéridéine...138

II. 2. Synthèse des dérivés alkylés « iso 666 » à partir de [77]...139

11.2.1 Hydrolyse et décarboxylation de [77] en [144]... 139

11.2.2 Réaction de benzylation de ]144]... 140

11.2.3 Synthèse de l’a-aminonitrile ]146] à partir du lactame ]145]... 140

11.2.4 Alkylation de l’a-aminonitrile [146]...142

11.2.5 Déprotection de l’amine secondaire...145

11.2.6 Méthylation de l’amine secondaire...146

11.2.7 Synthèse de l’a-aminonitrile [150] à partir du lactame non protégé [144]... 148

III. SYNTHESE DES ANALOGUES « 556 »... 149

III. 1 Synthèse de la 3-bromo-2-cyanopipéridine [154] à partir d’a-tripipéridéine...149

111.2 Synthèse du dérivé [159] à partir d’a-tripipéridéine...150

111.3 Synthèse de [159] à partir de lysine...151

111.4 Essais de synthèse de sels du dérivé [159]... 152

111.5 Synthèse de [159] à partir de la (3-iodo-2-diéthylmalonate)pipéridine [166]...153

111.5.1 Synthèse de l’ènecarbamate [167] à partir du ô-valérolactame [181]...153

111.5.1.1 Protection de l’amine secondaire du 5-valérolactame ]181]...153

111.5.1.2 Réduction du lactame ]182]... 154

111.5.1.3 Réduction du lactame ]182] et déshydratation... 154

111.5.2 Synthèse de l’ènecarbamate [167] à partir du 5-amino-l-pentanol [184]... 155

111.5.2.1 Synthèse du 5-amino-N-carbobenzyloxypentanol ]185]... 155

111.5.2.2 Essai d’oxydation de l’alcool [185] par l’oxydation de Swem...156

111.5.2.3 Oxydation de l’alcool ]185] par le PCC/S 102 ...156

111.5.3 Synthèse du dérivé [159]...157

111.5.3.1 Synthèse de la l-carbobenzyloxy-3-iodo-2-méthoxypipéridine [187]... 157

111.5.3.2 Synthèse de la (l-carbobenzyloxy-3-iodo-2-diéthylmalonate)pipéridine. 158 [168] 111.5.3.3 Formation du squelette « 556 »...158

111 .6 Synthèse des dérivés alkylés à partir du dérivé [159] : 1" Schéma de synthèse... 159

111.6.1 Hydrolyse des esters de [159] suivie de décarboxylation... 159

111.7 Synthèse des dérivés alkylés à partir de la 2-allyl-l-carbobenzyloxy-3-...160

iodopipéridine [192a] et de la l-carbobenzyloxy-2-(dodéc-2-enyl)-3- iodopiperidine [192b]: 2®”"^ Schéma de synthèse 111.7.1 Synthèse de la 2-allyl-l-carbobenzyloxy-3-iodopipéridine ]192a]...160

111 .8 Synthèse du dérivé acétonyle « 556 » [204] à partir de la...161

2-acétonyl-l-carbobenzyloxy-3-iodopipéridine [194] : 3“™'^ Schéma de synthèse

111.8.1 Synthèse de l’énol silylé [195]...161

111.8.2 Synthèse de la 3-bromo-I-carbobenzyloxy-2-méthoxypipéridine [196]...161

111. 8 .3 Substitution du OMe de la 3-bromo-l-carbobenzyloxy-2-... 162

méthoxypipéridine [196] 111.8.4 Synthèse de la 3-bromo-l-carbométhoxy-2-méthoxypipéridine [198]...163

111.8.4.1 Synthèse du 5-amino-N-carbométhoxypentanol [199]... 163

111.8.4.2 Synthèse de la l-carbométhoxy-2-pipéridéine [200]...163

111.8.4.3 Synthèse de la 3-bromo-l-carbométhoxy-2-méthoxypipéridine [198]... 164

111. 8 .5 Substitution du OMe de la 3-bromo-l-carbométhoxy-2-...165

méthoxypipéridine [198] 111. 8.6 Synthèse de la l-carbométhoxy-3-iodo-2-méthoxypipéridine [202]... 165

111. 8 .7 Formation du dérivé acétonyle « 556 » [204] à partir de la pipéridine [218]... 166

111. 8.8 Synthèse du thioacétal de [205]... 167

III.9 Synthèse du dérivé 2-oxododécyle ]209] à partir de la 3-bromo-l-... 168

carbométhoxy- 2 -( 2 -céto -1 -dodécanyl)pipéridine ]208] 111.9.1 Synthèse de l’énolsilylé de la 2-dodécanone [207]... 168

111.9.2 Substitution de [198] par l’énoxysilane dérivé de la 2-dodécanone...168

111.9.3 Formation du dérivé 2-oxododécyle « 556 » [209] à partir de la... 169

pipéridine [208] IV. SYNTHESE DES CIS- ET TRANS-2-METHYL-6-PENTYLPIPER1DINE... 170

ET DE LA TETRAPONERINE-5 IV. 1 Synthèse des cis- et trans-2-méthyl-6-pentylpipéridine... 170

IV. 1.1 Synthèse de la 2-méthyl-6-pentylpyridine [211]... 170

IV.1.2 Synthèse de la cis- et trans-2-méthyl-6-pentylpipéridine [212] et [213]... 171

IV.2 Synthèse de (±)-T-5...172

IV.2.1 Synthèse de ra-aminonitrile « 565 » [90]... 172

Bibliographie...173

Résumé

Les tétraponérines 1 à 8 sont des alcaloïdes biosynthétisés à des fins défensives par la fourmi Tetraponera sp., originaire de Papouasie Nouvelle-Guinée. Ces alcaloïdes sont dotés de nombreuses propriétés biologiques ; insecticides, cytotoxiques, neurotoxiques et antimicrobiennes.

R= n-CjHy (+)-T-4 R=n-C5Hii (+)-T-8

R= 11-C3H7 (+)-T-3 R=n-C5Hii (+)-T-7

R= 11-C3H7 (+)-T-2 R=n-C5H,i (+)-T-6

R= 11-C3H7 (+)-T-l R=n-C5Hii (+)-T-5

Récemment, le laboratoire de chimie organique s’est intéressé à l’étude de l’influence du squelette tricyclique de ces molécules sur leur activité biologique. A cet effet, la synthèse d’analogues « 666 » des tétraponérines (5-alkyldécahydro-2H,6H-dipyrido[l,2-a:l’,2’-c]

pyrimidine) avait été entamée.^^ Au cours de cette étude préliminaire, les intermédiaires [76]

(squelette « 666 ») et [77] (squelette « iso 666 ») avaient été synthétisés avec des rendements moyens à faibles.

Dans le cadre de notre thèse, nous avons mis au point des schémas de synthèse conduisant avec de meilleurs rendements aux dérivés [76] et [77].

R-C3H7, C12H25 R] - C3H7, C5H1

,C

2H25 R2 = H, CH3, Bn

Les paramètres de la réaction conduisant à [76] par condensation de la A'-pipéridéine, générée à partir du trimère de la A'-pipéridéine (a-tripipéridéine), avec le malonate de diéthyle ont été étudiés. Dans les meilleures conditions (pH 11.3, tampon aqueux, 17h, 20°C), le rendement en [76] obtenu est de 34% (précédemment 4%). Dans des solvants organiques, la formation du dérivé [76] n’a jamais été observée.

Bien qu’amélioré ce rendement reste faible et une autre voie de synthèse a été envisagée.

Cette nouvelle approche consiste en la condensation de la A'-pipéridéine avec la

2 -( 2 , 2 diéthoxyéthyl)pipéridine qui peut être préparée à partir du 2 -( 2 -pipéridyl)éthanol

commereial. Le dérivé [ 112 ] est obtenu avec un rendement de 80% pour l’étape de

condensation. Les dérivés alkylés [78] ont ensuite été synthétisés en traitant l’a-aminonitrile

[ 112 ] par les bromures de propyl et dodécylmagnésium.

Nous avons ensuite étudié le mécanisme de formation du composé [77] et nous avons pu mettre en évidence que la tétrahydroanabasine [ 121 ] était un intermédiaire clé dans la formation du dérivé [77] à partir d’a-tripipéridéine. Ceci nous a permis d’améliorer le rendement de la synthèse du composé [77] à partir d’a-tripipéridéine [120] en se mettant dans des conditions favorables à la formation de la tétrahydroanabasine. Le dérivé [77] est ainsi obtenu avec un rendement de 76%. Les dérivés alkylés ]79] correspondants ont été ensuite synthétisés.

^3^7» C5H,,,C,2H25

R

= H, CHj, Bn

Lors de la synthèse des analogues « 666 » des tétraponérines, le composé [93] avait été isolé au cours d’essais de condensation du malonate de diéthyle sur la A'-pipéridéine générée par décarboxylation oxydative de la lysine par la N-bromosuccinimide. La structure de ce composé avait été proposée sur base d’une partie de ses propriétés spectroscopiques.^^

Dans le cadre de notre thèse nous avons montré que cette hypothèse de structure était incorrecte suite à une analyse complète et détaillée des spectres RMN 2D et d’une dégradation chimique. Une nouvelle hypothèse de structure ([159], squelette « 556 ») a été avancée.

[152]

De plus nous avons pu mettre en évidence que la 3-bromo-l-pipéridéine [152] est un intermédiaire dans la formation de [159]. Sur cette base, nous avons mis au point un nouveau schéma de synthèse totale de [159] au départ du 5-amino-l-pentanol (rendement global 42%) qui confirme la nouvelle structure proposée.

H2N OH

[184]

♦

En vue de synthétiser les analogues alkylés « 556 » des tétraponérines, nous avons synthétisé la 2-acétonyl-3-bromo-l-carbométhoxypipéridine [201] et la 3-bromo-l-carbométhoxy-2-(2- oxo-l-dodécyl)pipéridine [208]. Après déprotection, réarrangement via un ion aziridinium et condensation avec la A'-pipéridéine, nous avons obtenu les dérivés acétonyle « 556 » [204] et 2-oxododécyle « 556 » [209]. Faute de temps, nous n’avons pas pu mettre au point la réduction de leurs fonctions cétones en méthylènes.

R = CH 3 , [ 201 ] R = C,

H2,,[208]

R = CH3, [204]

R = C,

H2,,[209]

Enfin, pour compléter les résultats des tests biologiques de notre étude structure-activité, nous avons synthétisé la cis- et trans- 2 -méthyl- 6 -n-pentylpipéridine (dérivés à courte chaîne des cis- et trans-solénopsines B) et la tétraponérine-5 (T-5).

Les différents composés synthétisés au cours de ce travail ont été évalués pour leur activité

cytotoxique sur une souche de cellules cancéreuses humaines du colon (HT.29).

Abréviations, conventions et remarques préliminaires

AC 2 O : anhydre acétique AcOEt : acétate d’éthyle AcOH ; acide acétique

BSD : Broadband Decoupling (en RMN ’^C) Bn : benzyle

B oc : tert-butoxycarbonyl

BOP : hexafluorophosphate de benzotriazol-l-yloxytris(dimethylamino)-phosphonium BtH ; benzotriazole

cat : en quantité catalytique

Cbz : -CO 2 CH 2 C 6 H 5 = carbobenzyloxy CCM : chromatographie sur couche mince CG : chromatographie gazeuse

COSY 'H/*H: spectre RMN de couplage proton-proton

ô : déplacement chimique en RMN (en ppm par rapport au TMS) Da : dalton

DBU : l,8-diazabicyclo[5.4.0]undec-7-ène

DDT : l,l,l-trichloro-2,2-bis(p-chlorophényl)éthane

DEPT : Distortionless Enhancement by Polarisation Transfer (en RMN ’^C) DIB : (diacetoxyiodo)benzène

Dibal-H : hydrure de diisobutylaluminium DIPEA : N,N-diisopropyléthylamine DMF : diméthylformamide

DMSO :diméthylsulfoxyde éq. ; équivalent molaire Et 20 : diéthyl éther EtOH : éthanol Hex : hexane

HMBC ; Heteronuclear Multiple Bond Connectivity HMQC : Heteronuclear Multiple Quantum Cohérence HPCL : chromatographie liquide à haute performance HSQC : Heteronuclear Single Quantum Corrélation IC : ionisation chimique

lE : ionisation électronique IR : infrarouge

J (Hz) ; constante de couplage (Hertz) EDA : diisopropylamidure de lithium MeOH : méthanol

MTT : bromure de 3-(4,5)-diméthylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyltetrazolium NBS : N-bromosuccinimide

NIS : N-iodosuccinimide NMP : N-méthylpyrrolidinone NCS : N-chlorosuccinimide

NOESY : Nuclear Overhauser Effect Spectroscopy PCC : chlorochromate de pyridinium

ppm : part par million

p-TsOH : acide para-toluènesulfonique

Rdt : rendement

Rf : facteur de rétention (CCM)

RMN ' h : résonnance magnétique du proton RMN : résonnance magnétique du carbone SM-ES : spectrométrie de masse-électrospray SMHR : spectrométrie de masse haute résolution

SM-IE : spectrométrie de masse - ionisation électronique SM-IC : spectrométrie de masse - ionisation chimique TfO : triflate

THF : tétrahydrofurane

TOCSY : Total Corrélation Spectroscopy TM ; tamis moléculaire

TMS ; tétraméthylsilane

TMSI ; iodure de triméthylsilyl TMSOTf : triflate de triméthylsilyle tR : temps de rétention (CG)

TsCl ; chlorure de para-toluènesulfonyl

En RMN :

s : singulet, Is : singulet élargi, d : doublet, t ; triplet, m : multiplet, q ; quadruplet, Id : doublet élargi, It : triplet élargi, dd : doublet dédoublé, Idd : doublet dédoublé élargi, dt : doublet détriplé, td : triplet dédoublé, qd : quadmplet dédoublé, qt ; quadruplet détriplé.

Dans le but de faciliter la lecture, nous avons adopté une nomenclature basée sur la pipéridine, différemment substituée.

Par convention, la numérotation, dans certaines formules développées, ne suit pas les règles

de nomenclature ; elle est uniquement utilisée pour faciliter l’interprétation spectrale.

Introduction

I. DEFENSE CHIMIQUE CHEZ LES FORMICIDAE

Les principaux moyens de défense physique des insectes sont leur carapace, leurs mandibules et/ou leur dard. Les mandibules et le dard servent à la fois pour attaquer et se défendre. De nombreux insectes possèdent également des mécanismes de défense chimique.* Les substances impliquées dans ces mécanismes proviennent le plus souvent de glandes exocrines, mais il existe aussi des substances qui ne sont pas d’origine glandulaire. Ainsi, les coccinelles accumulent leurs substances de défense dans l’hémolymphe. Les alcaloïdes que contient ce fluide possèdent une action de répulsion à l’encontre de leurs ennemis.

La grande majorité des espèces de fourmis utilise des sécrétions chimiques pour se défendre.^

Piquer est le mécanisme de défense le plus répandu, mais pas l’unique chez les fourmis. En effet, de nombreuses fourmis ne piquent pas, l’aiguillon étant réduit ou complètement absent comme chez les fourmis de la sous-famille des Formicinae (genre Formica) qui éjectent une sécrétion contenant pas moins de 65% d’acide formique. D’autres fourmis possèdent un aiguillon modifié (par exemple, spatulaire chez les Crematogaster, ou en forme de tire-ligne chez les Tetraponera) qui facilite le badigeonnement et l’étalement du venin. Chez les Tetraponera, la glande à poison sécrète des venins contenant des alcaloïdes. Par contre, les Crematogaster sécrètent des venins de contact lipidiques comme par exemple les dérivés [1]

et [2] qui sont stockés dans la glande de Dufour.

H

C-(CH

)n-CH=CH-(CH

)m H

C-(CH

)n-CH=CH-(CH

)m

[1] ^{n = 3,5,7} m=7, 9, 11, 13 [ 2 ]

R = CHjOAc; CHO, CO

H n = 3,5,7

m= 3, 5, 7, 9, 11

Chez les fourmis piqueuses, deux glandes majeures, la glande à poison et la glande de Dufour, sont associées à l’aiguillon. La glande à poison sécrète le venin qui s’accumule dans le sac à poison avant d’être injecté dans la proie ou dans l’ennemi. Les constituants de cette glande sont habituellement de nature protéinique. Le venin de Pogonomyrmex badius, par exemple, contient des phospholipases, des lipases, des phosphatases acides, des estérases, de l’histamine et des acides aminés libres.

Néanmoins chez certaines fourmis des sous-familles Myrmicinae et Pseudomyrmecinae (par exemple les genres Solenopsis et Monomorium), ces protéines sont remplacées par des alcaloïdes de faible masse molaire.^

Les fourmis du genre Solenopsis, appelées fourmis de feu, ont un venin qui produit chez l’homme des sensations de brûlure et provoque des œdèmes et des lésions. En outre, ce venin a des propriétés antibiotiques, antifongiques, phytotoxiques et insecticides. Ces propriétés physiologiques sont dues en partie aux alcaloïdes contenus dans le venin. Les Solenopsis produisent des alcaloïdes du type 2-méthyl-6-alkylpipéridines ([3], [4]) appelés solénopsines.

On a également trouvé chez Solenopsis des alcaloïdes A'-pipéridéine ([5]), des

2,5-dialkylpyrrolidines ([ 6 ]) et des pyrrolizidines ([7]).

Le venin des fourmis du genre Monomorium contient également des dialkylpyrrolidines, des dialkylpyrrolines et des pyrrolizidines mais aussi des dérivés indolizidiniques [ 8 ]/

(CH 2 )mCH=CH(CH 2 ) 7 CH 3

n =

, 10, 12, 14

[31

H

H

C (CH

)

CH

17]

m = 3 ou 5

14)

H3Cm(H2C)-^\N^^(*^^2)nCH3

H

m= l,n=

16]

m = 3, n =

[ 8 ] R = n-C4H9

n-(CH 2 ) 2 CH=CHCH 2 CH 3

La seeonde glande, la glande de Dufour, produit habituellement des composés lipophiles, c'est-à-dire des hydrocarbures, des esters ou cétones linéaires et des dérivés de sesquiterpènes.

Il a été suggéré que la lubrification de l’aiguillon pourrait être la fonction principale de ces

dérivés. Chez les fourmis, les sécrétions de la glande de Dufour sont suseeptibles de jouer

différents rôles biologiques (phéromone d’alarme, phéromone de piste, agents mouillant

augmentant la toxicité des produits de la glande à poison,...).

IL DEFENSE CHIMIQUE CHEZ TETRAPONERA sp.

Une espèce de Formicidae du genre Tetraponera sp. (Figure 1), originaire de Papouasie Nouvelle-Guinée, est caractérisée par un mécanisme défensif unique lié à la morphologie de son aiguillon et à la structure des alcaloïdes de son venin.^ Son aiguillon modifié n’est pas adapté pour piquer mais bien pour déposer un liquide sur une surface. Cet aiguillon est en forme de tire-ligne (Figure 2), permettant ainsi à la fourmi de badigeonner son venin sur son adversaire ce qui provoque chez ce dernier de sévères intoxications.®

Figure 1 : Fourmi Tetraponera sp. Figure 2 : Aiguillon de la fourmi

II. 1 Les tétraponérines

L’analyse GC du venin a montré qu’il est constitué de huit dérivés proches d’un point de vue structural. Ces dérivés ont été appelés tétraponérine-1 à -8 (T-1 à T- 8 ). Elles se distribuent en deux familles ;

La première famille qui rassemble T-3, T-4, T-7 et T- 8 , est basée sur le squelette 9-alkyldécahydro-2F/-pyrido[l,2-c]pyrrolo[r,2’-a]pyrimidine (squelette « 665 »).

La deuxième famille qui comprend T-1, T-2, T-5 et T- 6 , est basée sur le squelette 8-alkyldécahydro-dipyrrolo-[l,2-a:r,2’-c]pyrimidine (squelette « 565 »).

Dans chaque famille, les composés diffèrent par la longueur de la chaîne alkyle (n-propyle ou n-pentyle) et (ou) par la configuration de l’atome de carbone point d’attache de la chaîne alkyle (C-9 dans la série « 665 » et C -8 dans la série « 565 »).

R= n-C3H7 (+)-T-4 R=n-C5H,i (+)-T-8

R= n-CjHy (+FT-3 R=n-C5H,, (+FT-7

R= n-CjHv (+)-T-2 R=n-C5Hi, (+)-T-6

R= n-C3H7 (+)-T-l

R=n-C5H„ (+)-T-5

La structure et la configuration relative de T- 8 , constituant majeur du venin, a été établie comme étant la 9-pentyldécahydro-2//-pyrido[l,2-c]pyrrolo[r,2’-a]pyrimidine par une analyse de diffraction des rayons X? La configuration absolue de l’alcaloïde a été déterminée comme étant 5S, 9R, US par dégradation chimique en acide (R)-(+)-pipécolique^, et par synthèse énantiosélective.^’^

La structure et la configuration relative des tétraponérines, (+)-T-3, (+)-T-4 et (+)-T-7, ont ensuite été proposées par comparaison de leurs spectres RMN 'H et *^C avec ceux de (+)-T- 8 .'® La comparaison des courbes de dichroisme circulaire de (+)-T-3, (+)-T-4 et (+)-T-7 avec celle de (+)-T -8 a permis d’établir leur configuration absolue.’*

Les structures de (+)-T-l, (+)-T-2, (+)-T-5 et (+)-T -6 ont également été déterminées à partir de leurs caractéristiques spectroscopiques et confirmées suite à une synthèse diastéréosélective.’^ Leur configuration absolue a été établie par comparaison de leurs courbes de dichroïsme circulaire à celles de (+)-T -8 et de (+)-T-7.

Les squelettes originaux des tétraponérines en ont fait des cibles attractives pour la synthèse totale. En effet, très vite après leur isolement de nombreuses synthèses tant asymétriquesque racémiques’^’*^’’*’'^’^”’^’ de ces dérivés ont été publiées. Ces différentes synthèses sont décrites en détail dans notre mémoire^^ et dans une revue récente^, elles ne seront donc pas décrites ici.

II.2 Propriétés biologiques des tétraponérines

II.2.1 Propriétés insecticides des tétraponérines

L’application du venin de la fourmi Tetraponera sur un insecte provoque chez ce dernier l’apparition de mouvements non coordonnés, suggérant que le venin est un poison neurotoxique. Dans le cas de la fourmi Myrmica rubra, l’application du venin est immédiatement suivie d’une paralysie. Les fourmis peuvent se rétablir après plusieurs heures de paralysie mais la paralysie à long terme conduit invariablement à la mort.

En particulier, la tétraponérine -8 est toxique pour la fourmi Myrmica rubra lors d’application en solution méthanolique (Tableau 1).^ Sa toxicité est élevée comparée à celle de la nicotine.

Des doses inférieures à la dose létale provoquent des paralysies pouvant durer plusieurs heures. Une quantité aussi petite que 3x10'^ rng/mg de fourmi entraîne la paralysie chez 12 des 20 Myrmica rubra testées. Seulement trois se rétablissent.

Substance Solvant mg/mg de

fourmi

DLso (moEmg de fourmi) Tétraponérine -8 Méthanol 5x 10 -^ 2.0 X lO '"

Nicotine Méthanol 4 X 10'^ 2.5 X lO"**

DDT Hexane 1 X 10'^ 2.8 X 10”

Tableau 1 : Toxicité de la tétraponérine-

, de la nicotine et du DDT vis à vis de la fourmi

Myrmica rubra.

II.2.2 Propriétés cytotoxiques des tétraponérines

Etant donné les propriétés insecticides intéressantes de T- 8 , notre laboratoire s’est proposé de synthétiser et de comparer l’activité de différents analogues des tétraponérines (squelettes

« 665 » et « 565 »), en faisant varier la nature du substituant en C-9 (ou C- 8 ), la longueur de la chaîne alkyle et la configuration du carbone 9 (ou 8 ). L’activité cytotoxique de certains de ces dérivés synthétisés a été mise en évidence lors de tests réalisés par la firme Entomed S.A.

sur des cellules cancéreuses du colon (HT.29).^^ Les valeurs des IC 50 * des différents dérivés sont reprises dans le Tableau 2.

Structure R HT.29, IC

(pM)

H H

« 665 »

- C

H

, I(±)-T-4] >100

-C

H

100

- CsHn, [(±)-T-81 50

- C.2H25 2

- C

H

20

- (CH2)3-Ph 20

- (CH2)4-0-Ph 20

H R

« 665 »

-C

H

100

- C

H

OH >100

- C

H

2

- CH2-CH-(C2H5)2 20

« 565 »

- C

H

5

Tableau 2 : Activités cytotoxiques de T-4, T

et d’analogues de ceux-ci

Ces tests ont mis en évidence que la configuration du carbone portant la chaîne alkyle n’a pas d’influence sur l’activité cytotoxique (squelette « 665 »). Par contre, il a été constaté que la longueur de la chaîne alkyle a une grande influence sur l’activité. On observe en effet une augmentation de l’activité des dérivés « 665 » par allongement de la chaîne alkyle, avec un maximum d’activité pour le dérivé en Ci 2 .

11.2.3 Récepteurs cholinergiques^'*

Avant de parler des propriétés neurotoxiques des tétraponérines et de leurs analogues, il convient de décrire brièvement les récepteurs cholinergiques et leurs fonctionnements.

★ L’ICso est la concentration qui réduit le développement moyen des cellules de 50% comparée à la valeur

contrôle de développement moyen.

Les récepteurs cholinergiques sont des protéines transmembranaires capables de lier l’acétylcholine [9J (ACh) libérée dans le milieu extracellulaire, et d’induire par la suite un signal à l’intérieur du cytoplasme.

H

C

CH

CH

|91

On trouve des récepteurs cholinergiques dans le système nerveux central (SNC), dans les ganglions et aux jonctions neuromusculaires.

11 existe deux catégories principales de récepteurs cholinergiques : les récepteurs nicotiniques

les récepteurs muscariniques Les récepteurs nicotiniques

Les récepteurs nicotiniques sont une famille de récepteurs qui sont sensibles à la nicotine [10]

et au neurotransmetteur naturel l’acétylcholine [9j. Ce sont des médiateurs de la neurotransmission qui interviennent au niveau de la jonction neuromusculaire, des ganglions autonomes et de certains sites du système nerveux central.

L’acétylcholine est synthétisée dans certains neurones et ensuite acétylée par l’enzyme choline acétyl-transférase. L’acétylcholine fabriquée est stockée dans des vésicules, dans la terminaison pré-synaptique^. L’arrivée de l’influx nerveux par l’axone jusqu’à la région pré- synaptique provoque l’expulsion du contenu des vésicules dans la fente synaptique. Le neuromédiateur, l’acétylcholine, traverse la fente synaptique et se fixe sur les récepteurs nicotiniques ancrés dans la membrane de la terminaison post-synaptique.

Les récepteurs nicotiniques sont des canaux ioniques ligand-dépendant, constitués de 5 sous- unités protéiniques transmembranaires. La fixation de molécules d’acétylcholine sur le récepteur nicotinique provoque l’ouverture du canal ionique, laissant passer les ions Na^ et K^. Le résultat de ces mouvements ioniques est l’établissement d’un potentiel d’excitation post-synaptique dans le cas d’une jonction neuronale et done le passage de l’influx nerveux au neurone suivant, ou d’un potentiel effectif dans le cas d’une jonction neuromusculaire conduisant à la contraction d’un muscle. *

* Les signaux neuronaux sont transmis d’une cellule à une autre via des sites de contact spécialisés, appelés les

synapses. La cellule transmettant le signal est appelée la cellule présynatique et la cellule recevant le signal est

appelée la cellule postsynaptique. Entre ces deux cellules se trouve la fente synaptique.

Ce potentiel d’exeitation est interrompu lorsque l’acétylcholine se dissocie du récepteur et celui-ci se referme. L’acétylcholine est alors hydrolysée par l’acétylcholinestérase et perd par conséquent son affinité pour le récepteur.

Les récepteurs muscariniques

Les récepteurs muscariniques possèdent comme ligand naturel l’acétylcholine [9], mais sont également sensibles à la muscarine [ 11 ] qui est un alcaloïde extrait de l’amanite tue-mouches.

OH CH 3

L / '"'CH 3 [ 11 ]

Les récepteurs muscariniques possèdent sept domaines transmembranaires. Ils sont largement distribués dans l’organisme et sont très représentés dans le cerveau.

Leurs fonctionnements est très différent de celui des récepteurs nicotiniques.^^ En effet, dans le cas des récepteurs muscariniques, l’acétylcholine se lie au récepteur qui est lui-même couplé à une protéine G. Celle-ci amorce alors une cascade de réactions qui a pour effet de modifier le métabolisme de la cellule.

De nombreux médicaments agissent directement ou indirectement sur les récepteurs cholinergiques. Parmi ceux-ci, on retrouve les anticholinergiques et les anticholinestérases.

II.2.4 Les anticholinergiques

Les anticholinergiques sont des inhibiteurs compétitifs réversibles de l’un des deux types de récepteurs de l’acétylcholine (nicotiniques ou muscariniques). Ce sont des substances servant à réduire les effets où l’acétylcholine joue un rôle de médiateur dans le système nerveux central et le système nerveux périphérique.

Les anticholinergiques sont utilisés, par exemple comme antiparkinsoniens, avec un effet sur le tremblement surtout (effets indésirables : troubles de la mémoire, confusion). Les premiers symptômes de la maladie de Parkinson sont dus à la déficience de la production de dopamine entraînant une contraction excessive des muscles. Comme dit précédemment, l’acétylcholine stimule la contraction des muscles. La dopamine réduit quant à elle la contraction des muscles. Une déficience en dopamine entraîne donc un excès d’acétylcholine et donc une contraction excessive de muscles. Les médicaments anticholinergiques permettent donc de ‘Jft bloquer l’action de l’acétylcholine.

II.2.5 Les anticholinestérases

Les inhibiteurs d’acétylcholinestérase, les anticholinestérases, réduisent la vitesse à laquelle

l’acétylcholine est hydrolysée et par conséquent entraîne l’accumulation de l’acétylcholine au

niveau de tous les sites où elle est libérée et notamment dans le cerveau (combattant la perte

d’acétylcholine causée par la mort des neurones cholinergiques). Les anticholinestérases auront donc à la fois des effets muscariniques et des effets nicotiniques. Les effets les plus importants des anticholinestérases concernent l’œil, les muscles lisses et les fonctions neuromusculaires. Ce sont donc des traitements possibles de la maladie d’Alzheimer puisqu’une des causes de la maladie d’Alzheimer est le déficit de la production de neurotransmetteur acétylcholine. La mémoire des patients atteint par la maladie d’Alzheimer est ainsi augmentée. Cependant l’effet de ces traitements est uniquement stabilisateur et ils ne permettent pas de guérir la maladie, ni de récupérer le niveau de performance préexistant à sa venue.

11.2.6 Propriétés neurotoxiques des tétraponérines

L’action des tétraponérines T-4, T-7 et T- 8 , ainsi que de certains analogues a été étudiée sur les récepteurs nicotiniques (nAChRs) cervicaux, neuromusculaires et ganglioniques de vertébrés en utilisant une grande variété de techniques, comprenant notamment la contraction musculaire et des méthodes de liaison de radioligand.

11 a été montré que les tétraponérines T-4, T-7 et T -8 sont des antagonistes non compétitifs des récepteurs nicotiniques.

De plus, le potentiel d’inhibition de la contraction du muscle sensible au carbachol^ de la grenouille augmente lorsque la longueur de la chaîne alkyle en position 9 est de 10-12 atomes de carbone, et diminue ensuite quand la chaîne a 18 atomes de carbone (Figure 3).

Figure 3 : Dépendance du potentiel d’inhibition en fonction de la longueur de la chaîne alkyle

La différence de potentiel d’inhibition entre T-7 et T- 8 , qui diffèrent seulement par la stéréochimie du carbone portant la chaîne pentyle, est plutôt faible. La quaternisation par méthylation de l’un ou l’autre atome d’azote de T -8 portant une chaîne alkyle dodécyle n’affecte que peu le potentiel d’inhibition de la réponse musculaire. Il en a été conclu que la forme ionisée est la forme active de T- 8 .

^ Le carbachol est un ester carbamique de la choline qui résiste aux acétylcholinestérases. Le carbachol possède

des effets nicotiniques liés à un effet libérateur d’acétylcholine.

11.2.7 Propriétés antimicrobiennes des tétraponérines

Les activités antibactériennes et antifongiques des tétraponérines et de certains analogues ont aussi été évaluées.^^ Les activités antibactériennes ont été évaluées sur plusieurs souches de bactéries (Staphylococcus aureus (Sa), Pseudomonas aeruginosa (Pa) et Enterococcus sp.

(Esp)) et les propriétés antifongiques sur différentes souches de champignons {Aspergillus fumigatus (Af), Candida albicam (Ca) et Candida glabrata (Cg)). Les résultats de ces tests

sont repris dans le Tableau 3.

Structure R IC

(pM) (souche)

H H N

- C

H

, I(±)-T-4] >

-C

H

>

- C

H,,, K±)-T-

] >

« 665 » - C

H

>

« 665 »

-C

H

>

H CN

?

« 665 »

- C

H

100 (Esp, Af), 10 (Sa, Ca, Cg) - C

H

100 (Sa, Ca, Cg)

- C

H

100 (Af), 10 (Esp), 1 (Sa, Ca, Cg)

- C

H

>

- CH

-Ph >

- (CH

)

-Ph >

- (CH2)4-0-Ph >

H ÇN

« 565 »

-H >

- C

H

100 (Sa, Esp, Ca, Cg)

Tableau 3 : Activités antimicrobiennes de T-4, T

et d’analogues de ceux-ci

Il ressort de ces tests que les dérivés présentant une activité antimicrobienne sont les dérivés

« 665 » possédant un groupement nitrile et une chaîne alkyle (>10) sur le carbone 9. Plus particulièrement, le dérivé possédant une chaîne alkyle en C-14 possède une activité antibactérienne intéressante ( 1 pM).

Les dérivés possédant uniquement une chaîne alkyle en position 9 ne présentent quant à eux

aucune activité antimicrobienne significative.

II.2.8 Conclusions

Les tétraponérines possèdent donc de nombreuses propriétés biologiques intéressantes ; propriétés insecticides, cytotoxiques, neurotoxiques et antibactériennes. Etant donné leurs propriétés neurotoxiques, ce type d’alcaloïde pourrait donc être utile dans le traitement de maladies neurologiques, comme par exemple la maladie de Parkinson.

D’autre part, ces alcaloïdes possèdent également des caractéristiques nécrotiques,

cytotoxiques et hémolytiques; ces propriétés sont défavorables dans le cas d’une éventuelle

utilisation de ces alcaloïdes dans le traitement de maladies neurologiques. Une étude

structure/activité plus détaillée est donc nécessaire avant que l’une ou l’autre application

puisse être envisagée.

III. LA FONCTION AMINAL

Les tétraponérines ont toutes en commun une fonction aminal. II est donc intéressant de décrire dans ce travail les propriétés chimiques de cette fonction; les différentes méthodes de synthèse, sa réactivité et sa stabilité.^*’^^’^®

III.l Introduction

Les aminals, qui sont aussi connus sous le terme de N,N-acétals, sont les équivalents aminés des acétals. Les aminals peuvent être soit ouverts soit cycliques comme représenté ci-dessous.

Les aminals cycliques sont utilisés en synthèse comme groupements protecteurs pour les aldéhydes.^'

Bien que le motif aminal soit relativement rare, il se retrouve chez de nombreuses molécules biologiquement actives. Ainsi, les aminals cycliques à 5 membres (imidazolidine) sont des éléments structuraux importants de certains dérivés de l’acide folique, tel que le composé [121 qui est utilisé comme vitamine et antianémique.^^’^^ Le motif aminal cyclique à 6 membres (hexahydropyrimidine) est également présent dans des molécules médicamenteuses. Citons, les dérivés tétrahydropyrimidine [13] et [14] qui sont des agents thérapeutiques potentiels pour le traitement de la maladie d’Alzheimer.^"^

[12] [13] [14]

La fonction aminal est présente également dans certains composés naturels. Parmi les composés les plus étudiés, des membres de la famille des alcaloïdes indoliques peuvent être cités comme exemples.

La physostigmine ]15], également connue sous le nom d’ésérine, est un alcaloïde des fèves de

Calabar. Elle est utilisée médicalement comme agent inhibiteur de l’acétylcholinestérase

(maladie d’Alzheimer) car elle est un analogue structural de l’acétylcholine et se fixe donc à

sa place sur l’enzyme. On a récemment rapporté que l’éséroline [16], qui provient de l’hydrolyse de la fonction carbamate de la physostigmine, possède des propriétés analgésiques similaires à celles de la morphine.

Un autre exemple d’alcaloïde indolique possédant un groupement aminal est l’élaéocarpidine [17 j _36,37

Cet alcaloïde a été isolé de la plante Elaeocarpus archboldianus.

[15] physostigmine [16] éséroline [17] élaéocarpidine

[18] cinachyramine [19] cemuine

Lors d’une recherche de nouvelles molécules marines bioactives, Kigoshi et al. ont étudié l’éponge CinachyreUa sp. Ils en ont isolé un nouvel alcaloïde, la cinachyramine [18]. Cet alcaloïde possède une structure originale constitué de deux fonctions aminals et d’une fonction hydrazone. Le trifluoroacétate de cinachyramine présente une faible activité cytotoxique vis-à-vis des cellules HeLa S3 (cellules cancéreuses du cerveau), avec un IC50 de 6.8 pg/ml.

Un autre exemple de produit naturel contenant une fonction aminal, est la cemuine [19]. Cet alcaloïde a été isolé de plusieurs espèces végétales du genre Lycopodiun?^-, il possède une stmcture tétracyclique. La cemuine présente des activités inhibitrices d’acétylcholinestérase (voir § II.2.5).

III.2 Synthèse

Il existe différentes méthodes de synthèse des aminals. Nous présenterons ici quelques unes des voies de synthèse principales.

Remarquons que bien que les aminals soient des composés relativement stables, ils sont immédiatement décomposés en l’amine et le dérivé carbonylé correspondants en milieu aqueux acide. De plus, les aminals possédant au moins un atome d’hydrogène en sont

N R,

® Le proton a est le proton en a de l’atome de carbone portant les deux atomes d’azote. «

facilement décomposés en èneamines et amines par chauffage. En conséquence, les méthodes de synthèse utilisées doivent tenir compte de ces contraintes.

111.2.1 Condensation d’aldéhyde ou de cétone avec des amines 111.2.1.1 Les aminals ouverts

Aldoaminals

La condensation d’amines primaires avec des aldéhydes procède rapidement dès le mélange des réactifs en absence ou en présence de solvant comme l’éthanol ou la pyridine.'*'^ Les rendements deviennent presque quantitatifs en utilisant un agent déshydratant (carbonate de potassium anhydre, sulfate de calcium, anhydride borique, tamis moléculaire) ou par élimination de l’eau par distillation azéotropique avec le benzène. Dans ces conditions, l’équilibre de la réaction est déplacé vers l’aminal comme montré ci-dessous.

r 2 n H 2

-H 2 O + H 2 O

NHR 2

/

NHR 2

La réaction directe d’une amine primaire avec un aldéhyde ou une cétone constitue la méthode la plus utilisée pour la formation d’aminals symétriques. En plus, la possibilité de discriminer entre les aldéhydes (plus réactifs) et les cétones est intéressante d’un point de vue synthétique.

Des aldoaminals ont également été préparés en utilisant des acides de Lewis (TiCLt, SbCb, AsCb) dans des solvants inertes, en employant une technique initialement utilisée lors de préparation d’èneamines encombrées stériquement."** Ces méthodes sont utilisées lorsque la méthode classique ne fonctionne pas.

Les aminals [ 20 ], non substitués sur le carbone central, sont généralement obtenus en mélangeant une solution aqueuse de formaldéhyde et d’une amine secondaire. L’intermédiaire carbinolamine [21] peut être isolé en utilisant des quantités équimolaires des réactifs. Dans ce cas, l’utilisation d’une amine secondaire différente permet de former des aminals non- symétriques [ 22 ].''^

NR

HNR

H

H

HNR

_^ ^NR

^HNR*

^NR

NR

excès

éq.

OH

(

NR^

2

[20] [21] [22]

Les aminals résultant de la réaction du benzaldéhyde avec la diméthylamine, la pyrrolidine, la pipéridine, la morpholine ou l’hexahydroazépine sont facilement obtenus. Néanmoins dans les mêmes conditions, la diéthylamine et la diisopropylamine plus encombrées stériquement sont inertes.

La synthèse des aminals est généralement réalisée dans un solvant anhydre. Toutefois, dans

certains cas, la réaction peut être réalisée en milieu aqueux. C’est le cas en particulier de la

synthèse de certaines tétraponérines. Dans ce cas, l’élément moteur de la réaction est

probablement la formation du système tricyclique particulièrement stable.^’^'*’'*’'^’'^’'^ A titre d’exemple citons, l’étape finale de la synthèse de [(+)-T-7] dans laquelle l’aminal est formé par condensation intramoléculaire d’une diamine générée par hydrogénation catalytique, avec une fonction aldéhyde masquée.'^

Cétoaminals

Seulement quelques aminals ont été préparés à partir de cétones. Généralement celles-ci sont directement converties en èneamines lorsqu’elles sont traitées par des amines secondaires. Ce sont habituellement les cétones réactionnelles, telle que la cyclopropanone qui subissent rapidement la transformation en aminals avec des amines secondaires comme par exemple le cétoaminal [23] qui a été synthétisé par amination des cétones correspondantes en présence d’acide de Lewis (TiCL)-^^ En présence de TiCfi, la réaction entre la morpholine et l’acétone conduit à la formation du cétoaminal [24],

II1.2.1.2 Les aminals cycliques

La condensation de 1,2- ou 1,3-diamines N,N’-disubstituées avec des aldéhydes est facile et conduit respectivement aux imidazolidines 1,2,3-trisubstituées [25] ou aux hexahydropyrimidines [26], La réaction est plus facile avec les 1,2-diamines. Elle n’a pas lieu avec les cétones.^'

[25] [26]

Etant donné que les aminals cycliques sont des solides généralement faciles à purifier par cristallisation, beaucoup de 1 , 2 -diamines ont été proposées dans le passé pour la détermination rapide des aldéhydes.

La synthèse d’aminals cycliques simples a également été accomplie dans l’eau avec un

aldéhyde aromatique (dérivés du benzaldéhyde) et une amine secondaire activées (dérivé

benzyle).'^ En raison de la faible réactivité des amines aliphatiques dans l’eau, le temps de réaction est généralement long.

Bn NH HN

H

,20°C, 3h

91 % Bn

/■ ^'\

N. .N _Bn CeHs

Les simples cétones ne réagissent généralement pas avec les 1,2-diamines mais les cétones a-dialkylaminées conduisent aux imidazolidines [27], en présence de TiCl 4 .''^

Ri -C 0 -CH 2 -NR 2 ^ R NH HN R

TiCU

CéHé [27]

III.2.2 Substitution de composés dihalogénés par des amines

La réaction d’amines secondaires avec des composés dihalogénés géminaux est la deuxième méthode la plus importante pour la synthèse d’aminals symétriques. Cette méthode est utilisée pour préparer des aminals ouverts ne possédant pas d’atome d’hydrogène en a ; cela afin qu’il n’y ait pas de réaction compétitive de déshydrohalogénation. Des amines secondaires telles que la morpholine et la pipéridine sont particulièrement adéquates pour réaliser cette réaction.

Un intérêt supplémentaire de l’utilisation de la morpholine provient de la grande tendance de ces dérivés à cristalliser.

+ 4 HNR

R

^^NR

^

H

NR

X

R

^ X R

^ NR

La formation de l’aminal a heu selon un mécanisme S n 2, et la réactivité des halogènes est celle attendue I > Br > Cl.

Lorsqu’il y a un hydrogène en a présent dans le composé dihalogéné, une réaction d’élimination a heu. On forme alors l’èneamine.

HNR 2

Aldoaminals

De nombreux aldoaminals de type [28] et [29] ont été préparés avec d’excellents rendements à partir de dihalométhylbenzènes substitués ou d’a,a-dihalocétones.'*^’"^^

NR 2 = P

Y = Me, Cl, OH, OMe, SMe, NM

, NO

0

1

R^ NR 2

NR 2 [29]

R^= Me, Ph

R = Ar, f-Bu, 2-thienyl

Par ailleurs l’ester [30] peut être obtenu à partir du dibromoacétate d’éthyle, l’acide [31] à partir de l’acide dichloroacétique et le nitrile [32] à partir du dibromoacétonitrile.'**

O O

Cétoaminals

L’amination des composés dihalogénés permet la préparation de beaucoup de cétoaminals, tel que [33], [34] et [35], qui ne peuvent pas être directement obtenus à partir des cétones correspondantes.

La transformation des composés P-dicarbonyles en aminal [35] peut être réalisée sans l’isolement des composés dihalogénés. Lorsque le brome est additionné à une solution de composé possédant un méthylène activé en excès par rapport à l’amine, le composé dibromo est aminé dès qu’il est formé."^^

Ph..^NR 2 Ph^^NRa

[33]

r

1 =

2 = oMe, OEt, Me, Et R^ = Me, Ph; R^ = OEt, Me

III.2.3 Addition d’amines sur les sels d’iminium

La réaction d’une amine secondaire avec un sel d’iminium permet de synthétiser des aminals non symétriques tels que [36].^*^

En présence d’un électrophile, les èneamines réagissent avec les amines, inter- ou intra-

moléculairement pour générer un aminal. Dans un premier temps, l’électrophile transforme

l’èneamine en iminium qui peut alors subir l’attaque nucléophile de l’amine. Plusieurs

électrophiles (par exemple la N-chlorosuccinimide et L) ont été utilisés pour activer

l’èneamine.^'’^^

N

i

R 2

R^=CN, C02Me R' = Me, Bn

R^’'* = amines secondaires cycliques

R^

.rlj ^NRaR4

NR^R'*

Par exemple, la physostigmine [15] (voir § III. 1) est synthétisée au départ de l’intermédiaire [37] lui-même obtenu à partir de la tryptamine protégée [38].^^

III.2.4 Réduction d’iminiums

La réduction d’iminiums, tels que [39], par les hydrures conduit à la formation d’aminals. Par exemple, dans l’une des synthèses de T- 8 , l’ion iminium [39] formé intermédiairement est réduit in situ par NaBH 4 pour conduire à l’aminal cyclique correspondant.'^

Br CHO

Na2S04_ THF reflux, 14 h

III.2.5 Réduction d’amidines et de sels d’amidiniums

Des rendements élevés en aminals cycliques peuvent être obtenus soit par réduction par des

hydrures métalliques soit par hydrogénation catalytique de la partie amidine de purines et de

composés apparentés comme dans l’exemple ci-dessous.^"'

Néanmoins les réductions d’amidines cycliques conduisant à des aminals moins stables requièrent des conditions plus douces (BH3-THF) pour éviter les clivages réductifs.^^ Par exemple dans la synthèse asymétrique d’un énantiomère de la 2-méthylpipéridine [40], l’amidine de départ est réduite par BH3-THF plutôt que par hydrogénation catalytique car cette dernière conduit au clivage de l’aminal souhaité [41],

l.NaBH

CN, pH 3 47%

2. H

, Pd-C, MeOH 3. TsCl, pyridine 54%

Dans le cas de la synthèse de T -6 ci-dessous, l’intermédiaire amidinium est réduit par LiAlH 4 pour conduire à la formation de l’aminal.^'^

C 5 H 11 H 2 ,Pt 02

HBr, MeOH 20°C, 40 h

LiAlH 4

►

THF, 4 Â TM 0°C à t.a., 2 h

64%

H H

-N N.

[(+)-T-

| 1II.2.6 Réduction d’urées

La réduction d’urées par LiAlH 4 permet également de former des aminals.^^

III.2.7 Autres procédés

La synthèse stéréocontrôlée d’aminals tel que [42], [(±)-T- 8 ], impliquant la photolyse d’amines N-chlorée préparée in situ, a été décrite dans la littérature.'^ Cette synthèse comprend une photocyclisation de type de Hofmann-Loeffler en l’absence d’acide fort. Lors de cette réaction, la formation de l’épimère en C-5 n’a pas été observée.

H H

^NCI ^N