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Thèse de doctorat/ PhD Thesis Citation APA:

Dooms, C. (2005). Synthèse de substances défensives de Coccinellidae et de Chrysomelidae (Unpublished doctoral dissertation). Université libre de Bruxelles, Faculté des sciences, Bruxelles.

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D 03321

UNIVERSITE LIBRE DE BRUXELLES FACULTE DES SCIENCES

Service de Chimie Organique

SYNTHESE DE SUBSTANCES

DEFENSIVES DE COCCINELLIDAE ET DE CHRYSOMELIDAE

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

DOOMS Cédric Novembre 2005

Université Libre de Bruxelles

UNIVERSITE LIBRE DE BRUXELLES FACULTE DES SCIENCES

Service de Chimie Organique

SYNTHESE DE SUBSTANCES

DEFENSIVES DE COCCINELLIDAE ET DE CHRYSOMELIDAE

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

DOOMS Cédric

Novembre 2005

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

Mme A. Kirsch, Mme C. Moucheron, Mr Y. Geerts,

Mr B. Bodo (Muséum National d'Histoire Naturelle - Paris),

Mr . Kirsch (Université Paul Verlaine - Metz).

L’histoire a commencé il y a un peu plus de cinq ans, lorsque le Professeur Jean- Claude Braekman m’a accueilli au sein de son laboratoire pour réaliser mon mémoire de licence. Très vite, son soutien, ses encouragements ainsi que l’excellente ambiance de travail au sein de ce service m’ont donné envie de poursuivre cette aventure et de réaliser dans la foulée une thèse de doctorat. Et me voilà donc cinq ans plus tard, au terme de ce travail.

Mais trêve de bavardage !

Je tiens à exprimer toute ma reconnaissance au Professeur Jean-Claude Braekman pour l’intérêt et la confiance qu’il m’a témoignés tout au long de ces années.

Mes plus sincères remerciements vont également à monsieur Désiré Daloze pour sa compétence et ces judicieux conseils. Car, avec lui, il n’existe pas de problèmes : ce ne sont que des solutions cachées quelque part sur ses fiches...

En me permettant de vous appeler par « vos petits noms de labo », Jean-Claude et Dédé, merci pour tout ce que vous m’avez apporté tant d’un point de vue scientifique que d’un point de vue humain.

D’autres personnes ont également collaboré à l’aboutissement de ce travail :

Monsieur Michel Luhmer et Madame Rita d’Orazio pour les relevés de spectres RMN.

Messieurs Claude Moulard, Marc Pamart et Michel Kaisin pour l’enregistrement des spectres de masse mais également pour les divers coups de main que vous n’avez jamais refusé de me donner.

Madame Jaqueline Bastianelli, que je ne voudrais pas oublier, secrétaire du service et experte en commande en tout genre.

Je voudrais également remercier tout particulièrement Pascal que j’ai appris à connaître et à apprécier tout au long de ces cinq années. Tu as toujours été présent pour me soutenir, me donner de précieux conseils, mais également pour corriger mes différents rapports, mes projets ainsi que le premier jet de cette thèse.

Mes pensées vont également vers les autres membres du laboratoire ;

David, le plus japonais des belges, que j’ai d’abord connu comme assistant pour ensuite devenir un véritable ami.

François, pour toutes les discussions homériques que nous avons eues et notamment une qui

nous en sommes venus à parler de saut en parachute, et pour François, un parachutiste en chute libre a la fâcheuse tendance de remonter après avoir ouvert son parachute ! Allez savoir...

Stéphane, dit « smortie », pour ta gentillesse et ta bonne humeur au labo mais également pour les soirées foot dont tu as le secret. Je me souviens particulièrement d’une où tu t’étais mis au défi de faire un « à fond » à chaque but des Diables rouges et ce jour là les Diables ont gagné 10-1 je crois...

Anne pour avoir toujours su garder le sourire malgré mes taquineries sur les blondes et sur les qualités du cidre provençal (qui aime bien, châtie bien).

Jean pour ta gentillesse, ta disponibilité et ton calme à toute épreuve.

Eveline que j’ai encadré durant son mémoire de licence et qui, par ses interrogations, a parfois mis ma patience à rude épreuve.

Enfin mes deux compères, Dominique et Christophe, avec qui j’ai débarqué à l’université un beau matin de septembre 1997. Et depuis lors, nous ne nous sommes plus quittés. Merci pour ces huit années passées entre fête et travail. A quand la prochaine ?

Merci également au FRJA (Fonds pour la formations à la Recherche dans l’Industrie et l’Agriculture) pour son soutien financier.

Je m’en voudrais d’oublier tous ceux qui m’ont soutenu en dehors de l’université. Les hockeyeurs et les autres pour avoir toujours été présents et pour avoir tenté à plusieurs reprises de comprendre ce que j’essayais de faire au labo.

Le mot de la fin revient à mes parents et à mon frère pour avoir toujours été à mes

côtés tout au long de mes études. Merci de votre soutien et de votre amour.

Table des Matières

Introduction... 1

1.1 Impact des produits naturels sur les thérapies actuelles... 2

1.2 Origine des métabolites secondaires d’intérêt biologique... 4

1.2.1 Les végétaux... 4

1.2.2 Les microorganismes... 5

1.2.3 Les animaux... 6

1.3 La défense chimique chez les insectes... 8

1.3.1 Généralités... 8

1.3.2 La défense chimique chez les Coccinellidae...11

Sous-famille Coccinellinae... 12

Sous-famille Chilocorinae... 12

Sous-famille Epilachninae... 13

Sous-famille Coccidulinae... 14

Sous-famille Scymninae... 14

But...15

Résultats et Discussions...17

Première partie : synthèse de l’hyperaspine, alcaloïde défensif de la coccinelle Hyperaspis campestris 2.1. Introduction...18

2.2. Synthèse de l’hyperaspine [35]...21

2.2.1 Analyse rétrosynthétique...21

2.2.2 Méthodologies de synthèse de pipéridines 2,4,6-trisubstituées... 22

Voie rétrosynthétique A : utilisation de formamidines...22

Voie rétrosynthétique B : utilisation d’anions 2-azaallyliques...24

Voie rétrosynthétique C : utilisation de p-aminoesters et des P-cétoesters... 25

Voie rétrosynthétique D : utilisation de N-ter/-butanesulfinyl-cétimines... 26

Voie rétrosynthétique E : utilisation du synthon « CN(R,S) »...28

2.2.3 Première proposition de schéma de synthèse... 30

2.2.3.1 Formation du synthon dibromé [65]...32

2.2.3.2 Formation de l’alcène [ 66 ]...34

2.2.3.3 Introduction d’un groupement hydroxyle en C-4... 34

2.2.3.4 Formation de l’éther de benzyle [ 68 ]...35

2.2.3.5 Elimination de l’atome de brome... 36

2.2.3 .6 Essais de formation du dérivé alkylé [70]... 37

2.2.4 La séquence méthoxylation anodique - substitution nucléophile... 41

2.2.5 Deuxième proposition de schéma de synthèse...43

2.2.5.1 Formation de [ 86 ]...46

2.2.5.2 Formation du dérivé méthoxylé [87]...47

2.2.6 Troisième proposition de schéma de synthèse... 49

2.2.6.1 Formation du carbamate [100]... 49

2.2.6.2 Formation du dérivé méthoxylé [101]...51

2.2. 6 .3 Substitution du groupement méthoxy et formation de [102]... 52

2.2.6.4 Formation de l’alcool [103]...53

2.2. 6 .5 Formation de l’acétate [104]... 54

2.2. 6.8 Traitement par de Tacide paratoluène sulfmique... 59

2.2.6.9 Addition d’un organocuprate et formation de [118]...60

2.2.6.10 Hydrolyse du carbamate, formation de [110]... 62

2.2.6.11 Formation du squelette 3-oxaquinolizidinique [111]... 64

2.2.6.12 Réduction de la cétone, formation de l’alcool [39]... 66

2.2.6.13 Formation de l’hyperaspine [35]... 68

2.3 Détermination de la configuration absolue de l’alcaloïde naturel...72

2.4 Conclusions...74

Deuxième partie : essai de synthèse de l’acide (Æ)-3,7-diéthyloct-2-ènedioïque isolé de la chrysomèle, Platyphora decorata 3.1 Introduction...75

3.1.1 La défense chimique chez les Chrysomelidae... 75

3.1.2 Platyphora decorata... 76

3.2 Synthèse de l’acide (Æ)-3,7-diéthyloct-2-ènedioïque [127]...79

3.2.1 Première proposition de schéma de synthèse du diacide [127]... 79

3.2.2 Utilité des oxazolines de Meyers en synthèse organique...81

3.2.3 Description des différentes étapes de la synthèse... 83

3.2.3.1 Protection du 1-bromopropanol, formation de [130]...83

3.2.3.2 Oxydation et estérification du 2-pentyn-l-ol et formation de [129]...83

3.2.3.3 Formation de l’ester méthylique a,(3-insaturé [131]...84

3.2.4 Nouvelle proposition de synthèse du synthon [133]... 88

3.2.4.1 Formation du tosylate [142]... 89

3.2.4.2 Formation de la cétone [141]... 89

3.2.4.3 Protection du diol, formation de [150]... 91

3.2.4.4 Oxydation de l’alcool [150], formation de l’aldéhyde [151]...92

3.2.4.5 Addition d’iodure d’éthylmagnésium, formation de l’alcool [152]... 92

3.2.4 .6 Oxydation de l’alcool [152], formation de la cétone [153]...93

3.2.4.7 Hydrogénolyse de l’éther benzylique, formation de l’alcool [154]... 93

3.2.4 .8 Protection du 1,4-butanediol, formation de [155]... 94

3.2.4.9 Formation de la cétone [158]... 95

3.2.4.10 Réaction de Wittig, formation de [159]... 96

3.2.4.11 Addition d’un réactif de Réformatsky, formation de [162]... 97

3.2.4.12 Déshydratation, formation de [163]... 98

3.2.4.13 Formation du tosylate [133]... 98

3.2.4.14 Alkylations asymétriques de l’oxazoline de Meyers [134]...99

3.3 Conclusions et perspectives... 105

Partie expérimentale... 107

4.1 Généralités...108

4.1.1 Appareillage... 108

4.1.2 Techniques chromatographiques...108

4.1.3 Remarques préalables... 109

4.2 Modes opératoires et propriétés spectroscopiques des produits synthétisés ... 109

Première partie : synthèse de l’hyperaspine, alcaloïde défensif de la coccinelle Hyperaspis campestris 4.2.1 Première proposition de synthèse de l’hyperaspine [35]...109

4.2.1.1 Formation du synthon dibromé ]65]... 109

4.2.1.2 Formation de l’alcène [ 66 ]... 111

4.2.1.3 Formation de l’alcool [67]... 112

4.2.1.4 Formation de l’éther de benzyle [ 68 ]...113

4.2.1.5 Elimination de l’atome de brome, formation de [69]...114

4.2.2 Deuxième proposition de synthèse de l’hyperaspine [35]...116

4.2.2.1 Formation de ] 86 ]... 116

4.2.3 Troisième proposition de synthèse de l’hyperaspine [35]...117

4.2.3.1 Formation du carbamate [100]... 117

4.2.3.2 Formation du dérivé méthoxylé [101]...118

4.2.3.3 Substitution du groupement méthoxy et formation de [102]... 119

4.2.3.4 Formation de l’alcool [103]... 121

4.2.3.5 Formation de l’acétate [104]... 122

4.2.3 .6 Deuxième méthoxylation anodique - formation de [105]...123

4.2.3.7 Formation du carbamate cyclique [106]...124

4.2.3 .8 Traitement par de l’acide paratoluène sulfmique... 125

4.2.3.9 Addition d’vm organocuprate et formation de [118]...126

4.2.3.10 Hydrolyse du carbamate, formation de [110]... 128

Protection de la cétone... 128

Hydrolyse du carbamate... 129

Hydrolyse du cétal...130

4.2.3.11 Formation du squelette 3-oxaquinolizidinique [111]... 131

4.2.3.12 Réduction de la cétone, formation de l’alcool [39]... 133

Réduction au NaBH 4 ... 133

Réduction au LS-sélectride... 134

4.2.3.13 Formation de l’hyperaspine [35]...135

Réaction de Mitsunobu... 135

Estérification par l’anhydride pyrrolcarboxylique... 137

Deuxième partie : essai de synthèse de l’acide (£)-3,7-diéthyIoct-2-ènedioïque isolé de la Platyphora decorata 4.2.4 Première proposition de schéma de synthèse du diacide [127]... 138

4.2.4.1 Protection du 1-bromopropanol, formation de [130]...138

4.2.4.2 Oxydation et estérification du 2-pentyn-l-ol, formation de [129]... 139

4.2.4.3 Protection du 1-bromopropanol, formation de [136]...140

4.2.4.4 Protection du 1-bromopropanol, formation de [139]...141

4.2.5 Deuxième proposition de schéma de synthèse du diacide [127]... 142

4.2.5.1 Protection du 1-bromopropanol, formation de [142]... 142

4.2.5.2 Protection du diol, formation de [150]...143

4.2.5.3 Oxydation de l’alcool [150], formation de l’aldéhyde [151]... 144

4.2.5.4 Addition d’iodure d’éthylmagnésium, formation de l’alcool [152]... 145

4.2.5.5 Oxydation de l’alcool [152], formation de la cétone [153]... 146

4.2.6 Troisième proposition de schéma de synthèse du diacide [127]... 147

4.2.6.1 Protection du 1,4-butanediol. Formation de [155]...147

4.2.6.2 Oxydation de l’alcool [155], formation de l’aldéhyde [156]... 148

4.2. 6 .3 Addition d’iodure d’éthylmagnésium, formation de l’alcool [157]... 149

4.2. 6 .4 Oxydation de l’alcool [157], formation de la cétone [158]...150

4.2. 6 .5 Addition d’un réactif de Réformatsky, formation de [162]...151

4.2. 6.6 Déshydratation, formation de ]163]... 152

4.2. 6 .7 Déprotection, formation de [132]...153

4.2.6 .8 Formation du tosylate [133]... 154

4.2. 6 .9 Alkylations de l’oxazoline de Meyers [134], formation de ]135]... 155

Bibliograph ie...757

Résumé

Dans le cadre de ce travail, nous nous sommes intéressés à la synthèse de substances défensives de Coccinelidae et de Chrysomelidae.

Nous avons, dans un premier temps, entrepris la synthèse de l’hyperaspine [35], alcaloïde isolé de la coccinelle Hyperaspis campestris, afin de confirmer l’hypothèse de structure et de déterminer sa configuration absolue.

[35]

Pour cela, deux voies de synthèse différentes ont été étudiées. La première se base sur la méthode « CN(R,S) » au départ de la (-)-3-phényloxazolo[3,2-a]pipéridine-5-carbonitrile [64[

(Schéma 14, page 31). Cette stratégie a dû être abandonnée car nous ne sommes pas parvenus à mener à bien l’introduction d’un substituant au pied du groupement cyano du synthon [69].

ph„

"r^

La deuxième voie de synthèse se base sur la séquence oxydation anodique - substitution

nucléophile, séquence développée depuis de nombreuses années au sein de notre laboratoire. Un

premier essai de synthèse au départ de la 4-hydroxypipéridine (Schéma 23, page 46) fut effectuée,

mais des problèmes lors de l’étape d’oxydation anodique nous ont contraints à modifier légèrement

notre schéma de synthèse et à utiliser, comme produit de départ, la 4-pipéridinone dont la cétone est

protégée sous forme de 1,3-dioxolane (Schéma 24, page 49). Nous avons donc mis au point une

synthèse racémique de l’hyperaspine en 15 étapes au départ de l,4-dioxa-8-azaspiro[4,5]décane

commercial, avec un rendement global de 3,5 %.

O

N

I

H

La configuration absolue (3S,4aS,6R,SS) de l’hyperaspine a été établie sur base de la comparaison des temps de rétention en HPLC du mélange racémique synthétique, de l’alcaloïde naturel et d’un échantillon de (+)-(35',4aS',6iî,85)-hyperaspine aimablement fourni par le Professeur Ma.

Une fois l’étude de l’hyperaspine terminée, nous nous sommes tournés vers la synthèse de l’acide (£)-3,7-diéthyloct-2-ènedioïque [127] isolé de la chrysomèle Platyphora decorata, afin également de confirmer l’hypothèse de structure et de déterminer la configuration absolue du carbone stéréogénique.

[127]

Notre schéma de synthèse se base sur les alkylations asymétriques successives de l’oxazoline de Meyers [134] par de l’iodure d’éthyle et par le synthon [133], Nous avons donc mis au point une synthèse du synthon [133] en huit étapes avec un rendement global de 29 % au départ de 1,4-butanediol.

[133]

OMe [134]

Des problèmes lors de ces étapes d’alkylation asymétrique de l’oxazoline [134] ne nous ont

pas permis d’obtenir le diacide [127], Faute de temps et de matière, nous n’avons pas pu mettre au

point ces dernières étapes. Toutefois, différentes pistes peuvent être envisagées afin de mener à bien

Introduction

1.1 Impact des produits naturels sur les thérapies actuelles^^

De tout temps, les hommes ont utilisé les produits naturels pour leurs propriétés biologiques, à des fins thérapeutiques, cosmétiques, mais aussi comme poisons, etc...

Le papyrus Ebers (environ 1550 avant J.-C.) est le premier papyrus médical connu. Il recense les connaissances en médecine datant de l’Egypte ancienne : quels dieux invoquer, quelles prières réciter, quelles décoctions préparer. Au cours de la civilisation hellène, Hippocrate (460-370 environ avant J.-C.) fut le premier à associer les maladies à des phénomènes naturels. Depuis lors et pendant des siècles, la connaissance de la pharmacopée a évolué.

Mais il faudra attendre le vingtième siècle pour comprendre ce qui se cache derrière ces remèdes de « grand-mère ». Par exemple, l’acide 2-(acétyloxy)benzoïque [1], dont on trouve des dérivés notamment dans l’écorce de saule {Salix alba), est utilisé depuis plusieurs millénaires pour soigner la douleur et l’inflammation. Mais il faudra attendre les années 70 pour comprendre les mécanismes d’action de ce composé. De nos jours, ce composé, bien connü sous le nom d’Aspirine®, est le médicament le plus utilisé dans le monde : sa production annuelle dépasse les 35.000 tonnes.^^^

m H

11 ]

Avec le développement des méthodes d’extraction et de purification, les premières molécules

organiques ont été isolées des végétaux au début du 19®™ siècle. Ainsi par exemple, en 1805,

Sertümer isola la morphine [2], d’une plante herbacée, le pavot {Papaver somniferum, Fig. 1). La

structure, correcte à un carbone près, de cet alcaloïde fut établie en 1925 par Robinson. Cette

molécule est un analgésique puissant dont le mode d'action est complexe.

En 1820, Pelletier et Caventou isolèrent la quinine [3], d’un arbre originaire d’Amérique du Sud, le quinquina {Cinchona sp., Fig. 2). Cette molécule est un puissant agent antipaludique,^^^ en plus de ses propriétés antimalariques. Associée à de la vitamine C, elle est utilisée comme anti-infectieux pour lutter contre les états grippaux et les crampes.

En 1928, Fleming découvre que ses cultures de bactéries ont été contaminées. Au lieu de

simplement les jeter, il prend le temps de les observer. Il constate alors qu'une moisissure a fait

mourir les bactéries avec lesquelles elle était entrée en contact. Ce n'est que 10 ans plus tard que

Florey et Chain réussiront à isoler de la moisissure Pénicillium notatum la substance aux propriétés

anti-bactériennes, la pénicilline G [4]. Son utilisation clinique débutera dans les années 1940,

lorsqu'on pourra produire la moisissure en grande quantité. La pénicilline sauvera des milliers de vie

durant la seconde guerre mondiale et elle demeure encore l'un des antibiotiques les plus utilisés en

médecine.^^^

Avec la découverte de la pénicilline démarre l’ère de l’étude systématique des microorganismes et des espèces animales et végétales afin de découvrir de nouvelles substances biologiquement actives.

1.2 Origine des métabolites secondaires d’intérêt biologique 1.2.1 Les végétaux

Les extraits de plante ont de tout temps occupé une place prépondérante dans la pharmacopée.

Depuis l’isolement de la morphine, des milliers de molécules ont été isolées d’organismes végétaux.

C’est le cas en particulier de la vinblastine (Velban®) [5] et de la vincristine (Oncovin®) [ 6 ] isolées de la petite pervenche de Madagascar {Catharanthus roseus, Fig. 3) ainsi que du paclitaxel (Taxol®) [7] isolé de l’If (Taxus baccata, Fig. 4), qui contribuent activement à la lutte contre le cancer.^'*^

Fig. 3 — Catharanthus roseus

Fig. 4 — Taxus baccata

R = CHO, [

6

Les molécules d’origine végétale occupent également une place notable au sein de nombreuses autres classes médicamenteuses (analgésiques |2], psychotropes [ 8 ], anti-viraux [9], cardiotoniques [ 10 ], anti-parasitaires [3])/^’^^

1.2.2 Les microorganismes

Les microorganismes sont la source de nombreux antibiotiques (pénicilline [4], érythromicine

A [11] ...) mais également de beaucoup d’immunosuppresseurs dont le premier qui fut mis en

évidence est la cyclosporine A [12], Sa découverte comme molécule antirejet a permis de réaliser

avec succès les premières greffes d’organes. La compactine [13] a par contre inauguré la classe des

statines hypocholestérolémiantes.^^’

1.2.3 Les animaux

De nombreuses toxines ont été isolées d’invertébrés marins, de reptiles, d’amphibiens et d’insectes. Citons par exemple, la tétrodotoxine [14],^*^ qui est un inhibiteur de la pompe à sodium, isolée du poisson fugu très apprécié au Japon, ou encore la pseudoptérosine A [15] isolée d’une gorgone tropicale, Pseudopterogorgia elisabethae, qui s’est révélée être un puissant anti­

inflammatoire et un puissant analgésique.^^'

Quant à la spongouridine [16] et la spongothymidine [17], deux analogues de nucléoside isolés de l’éponge Cryptotheca crypta, ils ont servi de modèle au développement d’antiviraux comme l’AZT

[18] et TARA. A [19] et d’un anti-tumoral, TARA. C [20].^^'

L’épibatidine [21]/'®^ isolée de la grenouille Epipedobates tricolor, est un puissant analgésique dépourvu des effets de tolérance et de dépendance associés aux opioïdes comme la morphine [ 2 ],

121 ]

Ces quelques exemples que nous venons de décrire montrent que les végétaux, les animaux et les microorganismes sont une source importante de métabolites secondaires bioactifs qui ont conduit au développement de nombreux médicaments. Or on constate que, malgré une recherche intensive, la découverte de substances actives à partir de ces sources classiques devient de moins en moins fréquente. Il est tentant dès lors de se tourner vers de nouvelles sources naturelles peu étudiées, en vue d’obtenir des molécules originales susceptibles de présenter des activités biologiques intéressantes.

Alors que les insectes représentent plus de la moitié des espèces vivantes répertoriées et qu’ils

constituent de ce fait une réserve potentielle énorme de métabolites secondaires nouveaux, ils n’ont

fait l’objet que d’un nombre limité d’études chimiques. C’est pourquoi notre laboratoire s’intéresse

depuis de nombreuses armées à l’étude des mécanismes de défenses chimiques chez les insectes en

général et chez les coccinelles en particulier.

1.3 La défense chimique chez les insectes.

1.3.1 Généralités

Les espèces appartenant à l’embranchement des arthropodes représentent environ 80 % des espèces animales répertoriées. C’est de loin le phylum le plus riche et le plus diversifié du monde animal. Au sein de celui-ci, la classe des insectes représente à elle seule plus d’un million d’espèces.

Une telle réussite écologique peut être attribuée, non seulement à une étonnante faculté d’adaptation à tous les types d’écosystème, à une grande fécondité, mais aussi en partie à l’acquisition au cours de l’évolution de mécanismes de défense efficaces permettant aux insectes de résister avec succès à la pression des nombreux prédateurs auxquels ils sont exposés.

Les différents modes de défense rencontrés chez les insectes peuvent être cleissés en deux catégories, selon qu’ils opèrent ou non en présence du prédateur.

Les modes de défense primaires vont opérer en l’absence du prédateur et auront pour but de diminuer les probabilités de rencontre et d’attaque de ce dernier. On retrouve dans ces modes primaires de défense le cryptisme utilisé entre autre par les phasmes pour se fondre dans leur environnement (Fig. 5), et l’aposématisme qui se caractérise quant à lui par des couleurs vives prévenant un agresseur potentiel de la présence de défenses chimiques (Fig. 6 ).

Fig. 5 - Exemple d’insecte cryptique (Chondrostethus woodfordi)

Fig.

6

Cette coloration vive s’accompagne souvent d’un comportement voyant (formation d’agrégats denses sur les plantes hôtes), d’un goût et d’une odeur désagréables liés à la présence de molécules toxiques et/ou répulsives pour les prédateurs. Ces caractéristiques vont permettre une recormaissance rapide par le prédateur des espèces impropres à la consommation. Ces derniers vont dès lors s’intéresser à d’autres proies.

On retrouve également dans les modes primaires de défense, les mimétismes qui consistent à imiter les couleurs et le comportement d’insectes possédant des défenses chimiques ; l’imitateur étant soit dépourvu de défenses chimiques soit moins bien armé que le modèle (Fig. 7).

Fig. 7 - Exemples d’insectes mimétiques: 3 cas de "fausses guêpes" :

coléoptère du genre Plagionotus, diptère du genre Syrphus, lépidoptère du genre Dipsosphecia

Les modes secondaires de défenses opèrent par contre en présence du prédateur et visent à augmenter les chances de survie en cas d’attaque. Ils regroupent la capacité d’envols brusques, de sauts violents, mais également la présence de défenses physiques (carapace, dard, mandibules) et chimiques (substances irritantes et/ou toxiques). Ce dernier mode de défense est de loin le plus répandu et le plus diversifié chez les insectes.

Ainsi lorsqu’elles sont menacées, les fourmis Crematogaster scutellarîs (Fig. 8 ) émettent des

poisons de contact électrophiles comme par exemple [ 22 ]

Fig.

8

Le cas du papillon monarque, Danaus plexippus (Fig. 9), est également bien connu. En cas d’attaque, ce lépidoptère libère des cardénolides comme la calactine [23],^*^^ dont les propriétés émétiques en font un excellent moyen de défense (Fig. 10).

Fig. 9— Danaus plexippus

[23]

Fig. 10 - Régurgitation d’un jet bleu après ingestion d’un papillon monarque

1.3.2 La défense chimique chez les Coccinellidae

La famille des Coccinellidae comporte environ 5200 espèces distribuées dans le monde entier. Les coccinelles sont des insectes aposématiques caractérisés généralement par des couleurs rouge-orange ainsi que par une forte odeur dûe à l’émission de 3-alkyl-2- méthoxypyreizines [24].^'^^

OMe

R = i-Pr, 5 -B u , /-B u

[24]

Malgré ces deux facteurs à priori défavorables à leur survie, ces insectes sont rarement la cible de prédateurs. En effet, lorsqu’une coccinelle est molestée, elle se fige dans l’attitude d’un individu mort (on parle de thanatose) et exsude de l’hémolymphe par ses articulations tibiofémorales, selon un mécanisme appelé « saignée réflexe » (Fig. 11).^*’^ A l’heure actuelle, il est clairement établi que l’amertume et la toxicité de l’hémolymphe émise constituent une bonne protection contre d’éventuels prédateurs et résultent de la présence de molécules appartenant à la classe des alcaloïdes.

Ces derniers présentent une grande diversité de structures tant au sein d’une même sous-famille qu’entre les différentes sous-familles.^**’

Fig. 11 - « Saignée réflexe »

Selon Hodek et la famille des Coccinellidae se divise en sept sous-familles : Sticholotidinae, Chilocorinae, Scyminae, Coccidulinae, Ortaliinae, Coccinelinae et Epilachninae.

Mais seulement quelques espèces de cinq d’entre elles ont été étudiées d’un point de vue chimique.

Sous-famille Coccinellinae

Ainsi, par exemple, la Coccinelline isolée de la coccinelle à sept points {Coccinella septempunctata) très courante dans nos régions, possède un squelette de type 2-méthylperhydro-96- azaphénalène. Tandis que la structure de l’adaline alcaloïde majoritaire d'Adalia bipunctata, est basée sur le squelette homotropane. Au sein de cette sous-famille, des dimères du squelette perhydroazaphénalène ont également été mis en évidence ; c’est le cas de la psylloborine A [27]^^'*\

présente dans l’hémolymphe de Psyllobora 22-punctata.

H

Coccinelline [25]

Sous-famille Chilocorinae

D’autres molécules polycycliques ont été mises en évidence dans la sous-famille

Chilocorinae. C’est le cas par exemple de l’exochomine [28],^^^^ découverte en 1992 chez

Exochomus quadripustulatus et qui possède un squelette de type 2-méthylperhydro-9è-azaphénalène

lié à un azaacénaphtylène ou encore, la chilochorine D [29] isolée de Chilocorus renipustulatus.

Sous-famille Epilachninae

Au sein de cette sous-famille, une seule tribu de coccinelles phytophages (Epilachnini) a été étudiée d’un point de vue chimique. Ainsi par exemple, la signatipennine [30]^^^^ a été isolée d’un extrait méthanolique d’adultes é'Epilachna signatipennis originaire de Nouvelle-Guinée et dérive probablement de la L-sérine et de l’acide stéarique. L’épilachnène [31]^^*^ est, quant à lui, un azamacrolide isolé des pupes d'Epilachm varivestis. En ce qui concerne les adultes de E. varivestis, leur défense chimique est très versatile puisque pas moins de douze alcaloïdes différents ont été mis en évidence, comme par exemple les pyrrolidines 2 -alkylées [32].^^^*

HO

S i gnatipennin^O ]

n = 9,10,11

2-Alkylpyrrolidinep2]

Ces exemples montrent que le contenu alcaloïdique peut non seulement varier d’une espèce à

l’autre mais également selon le stade de développement de l’insecte.

Sous-famille Coccidulinae

L’espèce australienne Cryptolaemus montrouzieri est jusqu’à présent la seule de cette sous-famille dont le contenu alcaloïdique soit connu. Cette coccinelle contient de l’euphococcinine [33] basée sur le squelette homotropane comme l’adaline [26], et les pipéridines 2,6-disubstituées cis et trans [34].^^°^

N H

Euphococcinin<33] Pipéridinecw et trans [34]

Sous-famille Scymninae

L’hyperaspine [35] a été récemment isolée de la coccinelle Hyperaspis campestris originaire d’Europe centrale. Mais nous reviendrons en détail sur cet alcaloïde au cours de ce travail.^^'\

H

C,H„

Hyperaspine [35]

La majorité de ces alcaloïdes sont toxiques et/ou répulsifs pour les différents prédateurs de ces insectes. Ces molécules possédant différentes activités biologiques ont, pour la plupart, fait l’objet d’études afin d’en évaluer le potentiel pharmacologique.

Dans la majorité des cas, la quantité de matériel biologique isolé est suffisante pour permettre de

formuler une hypothèse de structure, mais ne permet pas l’évaluation des différentes activités

pharmacologiques de ces molécules. D’où la nécessité de se tourner vers la synthèse pour permettre

de vérifier l’hypothèse de structure, d’évaluer les différentes activités thérapeutiques et, le cas

échéant, de réaliser une étude structure-activité.

But

Les recherches qui sont poursuivies depuis plusieurs années dans notre laboratoire sont notamment consacrées à l’étude des molécules impliquées dans les mécanismes de défense chimique chez les insectes. Elles ont pour objectif une meilleure compréhension des relations proie-prédateur que ces molécules régissent, de l’évolution des mécanismes défensifs ainsi que des pressions sélectives ayant entraîné leur diversité.

Pour réaliser une telle étude, différents aspects de la chimie de ces substances doivent être abordés :

• leur isolement et la détermination de leur structure

• leur synthèse afin de confirmer les structures proposées et permettre l’évaluation de leur rôle biologique

• la mise en évidence de leur origine biogénétique

• l’évaluation de leurs propriétés biologiques et des éventuelles possibilités d’application en pharmacologie, phytopharmacie, etc.

C’est dans ce cadre que se situe notre thèse de doctorat qui est consacrée à l’étude de la défense chimique des Coccinellidae et des Chrysomelidae.

Plus particulièrement, nous nous proposons :

1. de réaliser la synthèse de l’hyperaspine [35], afin de confirmer (ou d’infirmer) l’hypothèse de structure de avancée pour cette molécule et de déterminer sa configuration absolue.

2. de réaliser la synthèse de l’acide (£)-3,7-diéthyloct-2-ènedioïque [127] isolé d’une

chrysomèle, Platyphora decorataP^^ Cette synthèse est entreprise également dans le but de

confirmer l’hypothèse de structure avancée et de déterminer la configuration absolue du

produit naturel.

Résultats et Discussions

Première partie : synthèse de l’hyperaspine, alcaloïde défensif de la coccinelle Hyperaspis campestris

2 . 1 . Introduction

La coccinelle Hyperaspis campestris (Fig. 12) est originaire d’Europe centrale. On la retrouve entre autre en Ukraine, en Géorgie et en Bulgarie. Cet insecte appartient à la famille des Coccinelidae, sous-famille Scymninae, tribu Hyperaspini. Cette espèce est la seule de la sous-famille des Scymninae à avoir fait l’objet d’une étude d’un point de vue chimique.^^^^

Fig. 12 — Hyperaspis campestris

203 individus Hyperaspis campestris ont été collectés en Bulgarie par le Docteur Plamen

Kalushkov (Bulgarian Academy of Science, Sofia). L’extrait méthanolique de ces coccinelles a

foimii 20 mg d’un résidu huileux qui, soumis à une série de chromatographies successives sur silice,

a permis d’isoler 0.4 mg d’un alcaloïde appelé hyperaspine [35]. La structure de celui-ci, avancée par

Lebrun,^^*^ a été proposée sur base de l’analyse de ses propriétés spectroscopiques. Il s’agit d’un

alcaloïde d’xm type nouveau, possédant un squelette 3-oxaquinolizidinique.

Le spectre de masse à haute résolution en ionisation chimique de l’hyperaspine [35] présente un ion moléculaire à m/z = 334,2236 (C 19 H 30 N 2 O 3 ; calculé pour C 19 H 30 N 2 O 3 334,2256). Le spectre RMN *H présente des signaux attribuables à trois méthines déblindés (ô 6,96; ô 6,86 et ô 6,24), à deux méthines en a d’oxygène (ô 5,10; tt; Ji = 10,8 et J 2 = 4,8 Hz et ô 3,60; ddq; Ji = 12,0 Hz;

J 2 = 6,6 Hz et J 3 = 4,2 Hz), à un méthylène dont les hydrogènes sont diastéréotopiques (ô 4,77 et ô 4,22; AB; J = 10,8 Hz), à xm méthine en a d’azote (ô 3,38; m), à des signaux entre ô 1,25 et 1,6 qui suggèrent la présence d’une chaîne alkyle, ainsi qu’à un groupe méthyle secondaire (ô 1,15; d;

J = 6,6 Hz). L’analyse des spectres à deux dimensions COSY, HMQC et HMBC ont permis d’attribuer la totalité des signaux ^H et de cette molécule. Enfin, les corrélations observées sur les spectres NOESY et TOCS Y sont compatibles avec l’hypothèse de structure avancée (Fig. 13).

ROOC

Fig. 13 - Représentation des corrélations les plus importantes observées dans le spectre NOESY de l’hyperaspine [35]

Cette perhydropyridooxazine [35], bien que possédant un squelette différent de ceux observés

jusqu’à présent chez les alcaloïdes de coccinelles, pourrait avoir une origine biogénétique proche de

celle proposée pour la calvine [36] et l’adaline [26]. Il a été démontré au laboratoire que l’acide

stéarique (C-18) est le précurseur de la coccinelline [25] et de l’harmonine [37].^^^^

On peut alors émettre comme hypothèse que cet acide (en C-18) est aussi le précurseur de l’adaline [261 ^t de la calvine [36] comme représenté ci-dessous/^"*^ En effet, la condensation de neuf unités acétates pourrait conduire à l’acide [38] après deux [3-oxydations. Ce dernier serait alors oxydé pour former soit le polycétoacide A qui conduit à l’hyperaspine [35], soit le B qui mène à l’adaline [26] et à la calvine [36] (Schéma 1).

9 CH3COOH

Schéma 1

Calvine |36|

2.2. Synthèse de Thyperaspine [351 2.2.1 Analyse rétrosvnthétique

Le schéma rétrosynthétique que nous nous proposons de suivre poirr la synthèse de l’hyperaspine [35] est représenté ci-dessous (Schéma 2). La disconnexion de la fonction ester conduit à ime perhydropyridooxazine substituée en C-3 par un groupe méthyle, en C -6 par rm hydroxyle et en C -8 par une ch^e pentyle. Le synthon [39] devrait être accessible quant à lui à partir de la pipéridine 2,4,6-trisubstituées [40].

Schéma 2

2.2.2 Méthodologies de synthèse de pipéridines 2.4,6-trisubstituées

Il n’existe pas de méthode simple, générale et efficace pour la synthèse de pipéridines 2,4,6-trisubstituées, vu la diversité des fonctionnalisations du cycle et des chaînes latérales.

Ce paragraphe détaille, de manière non-exhaustive, quelques méthodes d’obtention de ce type de dérivé trisubstitué dans les positions 2, 4 et 6 .

Schéma 3

Voie rétrosvnthétique A : utilisation de formamidines

Pour introduire un substituant en position 2, Meyers et ont développé une méthode

d’alkylation de formamidines telles que [41], Après formation de l’anion [42], l’ajout d’halogénure

d’alkyle permet d’obtenir la pipéridine alkylée [43] (Schéma 4).

Au départ de la formamidine insaturée [44], un traitement au «-BuLi suivit de l’addition d’halogénure de benzyle permet d’introduire un substituant en position 4. La substitution des positions 2 et 6 se fait de manière analogue. Enfin, une hydrazinolyse de [45] suivie d’une réduction au LiAlH 4 génère la pipéridine 2,4,6-trisubstituée ]46] (Schéma

[45] [46]

Schéma 5

Les formamidines de Meyers génèrent des pipéridines 2,4,6-trisubstituées de manière

régiosélective, sans toutefois permettre de contrôler la stéréochimie des produits formés.

Voie rétrosvnthétique B : utilisation d’anions 2-azaallyliques

L’approche de Bell et utilise l’annélation [3+3] (encore appelée condensation « 1-3-1 ») afin de générer le cycle pipéridinique (Schéma 6 ).

Schéma 6

L’imine [47], déprotonée par du LDA, conduit à fanion azaallylique correspondant qui est mis en présence d’iodosilane [48], Le dérivé acyclique obtenu [49] n’est pas isolé mais est directement engagé dans la réaction de cyclisation en présence de Lil (Schéma 7).

R E!

Ph Ph

l-Bu Ph

Ph CO

2

3

PhCH=CCH

3

2-Py 2-Py

.SiMe 3

[49]

Lû, THF

~ 70 %

Schéma 7

Cette méthode permet donc de synthétiser des 4-méthylènepipéridines 2,6-disustituées cis

[50] en une étape avec un bon contrôle stéréochimique.

Voie rétrosvnthétique C : utilisation de p-aminoesters et des p-cétoesters

Ma et décrivent une méthode permettant de synthétiser des 4-hydroxypipéridines 2,6-disubstituées au départ de p-aminoesters [51]. Ces derniers sont obtenus en deux étapes par la méthode de Davies^^*\ au départ d’esters éthyliques a,P*insaturés [52] et d’a-méthylbenzylamine protégée avec des rendements globaux de l’ordre de 65 % (Schéma 8 ).

C 02 Et [52]

Ph NHBn «-BuLi, THF

~ 80-90%

2. H 2 /Pd-C, MeOH

~ 80%

Schéma 8

Comme le montre le schéma 9, la condensation du P-aminoester [53] avec un P-cétoester génère un vinylogue d’uréthane qui est traité par du méthanolate ou de l’éthanolate de sodium pour obtenir le produit cyclisé [54], Une décarboxylation en présence de NaOH dans l’éthanol suivie d’une hydrogénation catalytique en présence de Pd-C conduit à la 4-hydroxypipéridine 2,6-disubstituée [55].

.C

02

U D«» 1. NaOH(aq.)/EtOH reflux

OH

1. AcOH, R"C

0

2

02

r 1

[52]

2. Na/MeOH ou Na/EtOH

~ 80 %

R''' H

[54]

^R" MeOH

50 °C, 50 atm.

~ 75 %

R'' H [55]

Schéma 9

L’approche de Ma et al. permet donc d’obtenir stéréospécifiquement, en quatre étapes, des 4-hydroxypipéridines 2,6-disubstituées au départ de P-aminoesters énantiomériquement purs et de p-cétoesters.

Cette méthodologie a été appliquée à la synthèse de l’alcaloïde dendrobatique (+)-241D [56]

au départ de 2-£'-dodécènoate d’éthyle [57] (Schéma 10).^^*^

COÆt COÆt

«-CqH

(ref. 37)

[57]

O 1. AcOH, CHXOCH,CO,Et

2. Na/EtOH 81 %

C 02 Et

'N H

«-CgH

1. NaOH(aq.)/EtOH reflux

2 .Pd/C/H 2 , MeOH 50 °C, 50 atm.

72%

OH

Schéma 10

Ce dernier est obtenu avec un excès énantiomérique de l’ordre de 97 % et un rendement global de 46 % en six étapes.

Voie rétrosvnthétique D : utilisation de N-ter/-butanesulfinyl-cétimines

Cette voie, développée par Pelletier et est basée sur une addition conjuguée de

N-sulfinyl métalloénamine sur une cétone a,P-insaturée. Cette addition permet de générer la

N-sulfinyliminocétone [59] de manière diastéréosélective (ed ~ 92 %). Ensuite un traitement au

LS-sélectride suivit d’une oxydation de Dess-Martin conduit avec de bons rendements (~ 80 %) et de

bons excès diastéréoisomériques (~ 92 %) au composé [60]. Ce dernier est converti en la

A*-pipéridéine 2,4,6-trisubstitué par un traitement à l’acide chlorhydrique permettant de cliver le

groupement sulfinyle. Puis l’amine libre cyclise avec la cétone afin de générer l’imine

correspondante qui est in fine réduite par le DIBAL-H. La pipéridine 2,4,6-trisubstituée [61] est

également obtenue avec de bons excès diastéréoisomériques (~ 92 %) (Schéma 11 ).

1. HCl/dioxane 2. DIBAL-H

~ 60 %

R 2

[61]

R3

~ 80 %

Schéma 11

Remarquons que le schéma 11 génère une pipéridine 2 , 6 -c/ 5 - 4 -?ra« 5 -trisubstituée. Mais l’approche développée par Harris et al. permet également d’accéder au dérivé 2,4,6-cw-trisubstitué.

En effet, la réduction du composé [59] par l’hydrure de bore sodium en présence de Ti(OEt )4 conduit à l’anti-N-sulfinylaminocétone [62] qui est ensuite cyclisée et réduite de manière analogue au schéma 11 afin de conduire à la pipéridine 2 , 4 , 6 -c/ 5 -trisubstituée [63] (Schéma 12).

1. HCl/dioxane 2. DIBAL-H

~ 50 %

R 2

R3 [63]

~ 90 %

Schéma 12

Voie rétrosvnthétique E : utilisation du synthon « CN(R,S) »

Cette stratégie, développée par Husson et Royer^'*^^ utilise la (-)-3-phényloxazolo[3,2- a]pipéridine-5-carbonitrile [64] et permet l’introduction de substituants dans toutes les positions du cycle pipéridinique. En effet, si on traite le synthon [64] par une base forte non nucléophile, ori arrache le proton au pied du cyano, ce qui permet d’introduire stéréosélectivement des groupements électrophiles en a de l’atome d’azote. De plus, les fonctions a-aminonitrile (C-2) et a-aminoéther (C- 6 ) de cette oxazolopipéridine étant des iminiums masqués, on peut également introduire des groupements nucléophiles en a de l’azote. Via l’équilibre ènamine - iminium, on a aussi la possibilité d’effectuer des substitutions électrophiles en P de l’azote (Fig. 14).

Fig. 14 - Fonctionnalisation du synthon |64]

Quant à la dernière position, en y de l’azote, elle peut également être fonctionnalisée via une oxydation électrochimique qui permet d’introduire deux atomes d’halogènes en P de Fazote.^"^' '*^^

Une élimination de HX en milieu basique va générer une double liaison qui peut ensuite subir une attaque nucléophile. Enfin, une élimination radicalaire de l’halogénure conduit à la molécule substituée en y de l’atome d’azote (Schéma 13).^'*^^

[95]

oxydation électrochimique

Ph Nu-

Ph ✓

élimination rA,

radicalaire O

Cette méthodologie a été appliquée à la synthèse de nombreuses molécules possédant des squelettes pipéridiniques plus ou moins substitués. Citons, à titre d’exemple, la synthèse par cette approche de la (-)-coniine, de la (+)-solénopsine A et de la (+)-pumiliotoxine-C (Fig.

(+)-Coniine

H

H H

(+)-Pumiliotoxine-C

Fig. 15 - Exemples de substances synthétisées par la méthode « CN(^,5) »

Notre première proposition de schéma de synthèse de l’hyperaspine [35] va s’appuyer sur

cette méthode « CN(iî,5) » développée par Husson et Royer, au départ de la (-)-3-phényloxazolo[3,2-

a]pipéridine-5-carbonitrile [64] qui, en plus d’être commerciale, permet d’effectuer une synthèse

asymétrique.

2.2.3 Première proposition de schéma de synthèse

Dans un premier temps, nous nous sommes donc proposé de préparer le diol [40] à partir de l’a-cyanopipéridine [67] qui peut être préparée en trois étapes au départ du synthon « C,N(R,S) » [64]/"2> En effet, Billon-Souquet et al. ont mis au point une séquence constituée d’une dibromation électrochimique suivie d’une élimination d’HBr en milieu basique et enfin d’une addition d’eau sur la double liaison formée. Cette séquence réactionnelle permet d’introduire un groupement hydroxy en position 4 ainsi qu’un atome de brome en position 5 du cycle pipéridinique de [64], La fonction hydroxy ainsi obtenue pourra ensuite être protégée sous forme d’éther de benzyle et une débromation radicalaire permettra l’obtention du dérivé [69],

Afin d’introduire un groupement acétonyle masqué en position 2 de la pipéridine, un traitement au

LD A suivi d’une addition de bromure de propargyle protégé pourrait être réalisée.^'*^^ Le groupement

cyano serait alors éliminé par traitement à l’AgBF 4 et au borohydrure de zinc. L’introduction de la

seconde chaîne latérale serait quant à elle effectuée via l’a-cyanopipéridine [72] par traitement au

LDA puis au bromure de pentyle. La réduction du dérivé bicyclique ]73] fournirait la pipéridine

trisubstituée [74]. L’ addition d’H 20 sur la triple liaison suivie d’une hydrogénation catalytique et

d’une réduction de le fonction carbonyle devrait nous conduire à la pipéridine 2,4,6-trisubstituée

[40]. La formation de l’oxazine [39] et l’estérification de la fonction hydroxyle permettrait alors

d’obtenir l’hyperaspine [35] (Schéma 14).

DBU, THF

HjO/acétone,

CH3COOH

PK

NaH,Bu,NI,

j

Bu.SnH NC^ .'O CjHsCHjBr, ,^0

IBN

Toluène

1661

r\

Y" y ™

OH

1671

OBn 1681

Br

Ph.

TMS-

Br

LDA, HMPA THF

TMS-

NC^^N r~\ AgBF^

V

OBn

|701

Ph.

TMSCN

CH 2 CI

TM

NaBH,, CH3OH

H„ Pd/C

H,,C

1741

OH

O

H

1761

HCHO

CH3OH

3

. HF, CH3CN

1721

../N^CjH,, HjSO^HgSO,

LiA1H(0/-Bu)3

THF

■■ÆI h ,,

OBn

[731

1751

OH

O O -N 2

H

H„C 3 O

OH

H

1401

C,H„

(391

C5H., 1351

Schéma 14

2.2.3.1 Formation du synthon dibromé [651

La dibromation du synthon [65] est une étape d’oxydation électrochimique qui a été mise au point par Billon-Souquet et Un mécanisme radicalaire a été proposé qui alterne les étapes électrochimiques et les étapes chimiques (Schéma 15).

Ph. Ph.

NC.

- n O o

[64]

Ph.

Br

NC.

'r\

,N. OH

Br

r~\

T

NC^ /N.

Ph,

NC*. /N.. OH

+.

H H

Ph.

-H+ NC^ /N ,.0

Br

Ph.

rA

NC*. /N^ OH

Ph.

NC^

'Br

Br

165]

Schéma 15

La méthode électrochimique utilisée est une méthode potentiostatique qui consiste à garder constant le potentiel de travail. Elle nécessite l’emploi d’une électrode de référence ainsi que d’un potentiostat. Le rôle de celui-ci est d’ajuster le potentiel total de manière à maintenir constant le potentiel de l’anode (dans le cas d’une oxydation) et ce malgré les variations du potentiel cathodique et du courant.

Le dispositif expérimental est constitué d’une cellule à deux compartiments séparés par un

verre fritté et de trois électrodes ; une électrode de travail en platine (l’anode), une électrode de

référence au calomel saturé et une contre-électrode en platine (la cathode) (Fig. 16).

Fig. 16 - Dispositif expérimental pour la dibromation électrochimique

Dans le compartiment anodique, le substrat et le bromure de tétraéthylammonium (source de bromure) sont mis dans une solution 10 ' M de perchlorate de lithium (servant d’électrolyte support) dans l’acétonitrile. Le compartiment cathodique ne contient lui que l’électrolyte support. La différence de potentiel entre l’électrode de travail et l’électrode de référence est fixée à IV.

Après le passage de 5 Faraday/mole, tout le synthon [64] est consommé et, après chromatographie en mode « éclair » sur colonne de silice, nous obtenons le produit dibromé [65]

avec un rendement de 80 % (littérature = 82 Ph,

4 [64]

Et 4 NBr, LiC 104 5 F/mol, 25 °C

80%

Ph.

4 Br [65]

Les spectres de résonance magnétique nucléaire confirment la structure du produit [65]. En

effet, en RMN ’H, le proton H- 6 , qui apparaît sous la forme d’un doublet dédoublé dans le synthon

[64], apparaît sous la forme d’un singulet (ô 3,18) dans le spectre de [65]. De plus, les signaux

attribuables aux protons H-5 ont disparu dans le spectre du composé dibromé. Enfin, les protons H-4

sont déblindés dans le composé dibromé par rapport à ceux du synthon [64] (ô 2,69 et 2,84 au lieu de

ô 1,5-2,0). En RMN '^C, le carbone C-5 est fortement déblindé suite à la présence des deux bromes :

il passe de ô 30,6 à ô 66 ,1. De même, le carbone C-4 subit un déblindage passant de ô 20,0 à ô 42,1.

Finalement, la spectrométrie de masse nous a permis de confirmer la présence de deux atomes de brome. En effet, le pic moléculaire se présente sous la forme d’un triplet caractéristique [m/z = 384 (100%), 386 (196 %) et 388 (96 %)].

Un seul stéréoisomère est obtenu, bien que le mécanisme proposé passe par l’ouverture du cycle oxazolinique. Il est intéressant de noter que l’introduction d’atomes de chlore selon une procédure analogue conduit à une épimérisation au niveau de l’oxazoline.^'**’'^^

2.2.3.2 Formation de l’alcène [66]

Le traitement de [65] par 2 équivalents de l,8-diazabicyclo[5,4,0]undéc-7-ène (DBU) en solution dans le THF permet d’éliminer une molécule d’HBr. En effet, après 24 h de réaction à reflux, ime TLC du milieu réactionnel indique que le produit de départ a été totalement consommé.

Après purification par chromatographie en mode « éclair » sur silice, nous récupérons l’alcène [ 66 ] avec un rendement de 60 % (littérature = 64

2 éq. DBU THF, reflux

60%

Ph.

NC*. /N

4

[ 66 ]

'Br

Le spectre RMN ’H de [ 66 ] montre l’existence d’un proton vinylique à ô 6,11 et la présence 1 O

d’une double liaison est confirmée par le spectre RMN C (C-4 à ô 118,2 et C-5 à ô 126,7).

Enfin, le spectre de masse présente un ion moléculaire double à m/z = 303 (100 %) et m/z = 305 (98 %) indiquant qu’il n’y a plus qu’un atome de brome dans la molécule.

2.2.3.3 Introduction d’un groupement hydroxyle en C-4

Pour introduire un groupement hydroxyle en C-4, nous avons utilisé le mode opératoire décrit

par Billon-Souquet et al. En conséquence, l’alcène [ 66 ] a été dissous dans un mélange

équimolaire d’acétone et d’eau en présence de 10 équivalents d’acide acétique. L’alcool [67] formé

est isolé par chromatographie sur silice en mode « éclair » avec un rendement de 60 %

(littérature = 80 %).

Ph,^

1---y H20/acétone, 60°C

jvj lOéq.CHjCOOH

Ph.

60%

4

166] [67]

Le spectre infrarouge du dérivé [67] présente une bande d’absorption intense à 3485 cm’’ caractéristique d’un stretching OH. Par ailleurs, sur le spectre RMN 'H, le signal attribuable au proton H -6 se présente comme un doublet à 5 4,7 (J = 9,0 Hz) tandis que le proton H-5 apparaît sous forme de double doublet à ô 4,09 (J = 9,0 et 2,2 Hz). Le proton H-4 apparaît quant à lui comme un multiplet à ô 4,31. La valeur de la constante de couplage observée entre les signaux attribuables aux protons H-5 et H -6 confirme que nous sommes en présence d’une constante de type

1,2-diaxiale et que, par conséquent, ces hydrogènes sont tous deux axiaux. Quant à l’orientation du proton H-4, sa constante de couplage avec le proton H-5 axial (J = 2,2 Hz) indique qu’il est en position équatoriale.

2.2.3.4 Formation de l’éther de benzyle [68]

Afin de former l’éther de benzyle ] 68 ], l’alcool [67] est mis en solution dans du THF anhydre en présence de NaH, de bromure de benzyle et d’une quantité catalytique d’iodure de tétrabutylammonium. Dans ces conditions, l’éther de benzyle [ 68 ] attendu est obtenu avec un rendement de 61 %, après chromatographie en mode « éclair » sur colonne de silice.^'*^^

Ph

O

[67]

NaH, BU 4 NI, CgHjCHjBr, THF, 25°C

61 %

Ph,

[68]

Le groupement benzylique est confirmé par la présence d’un système AB Ô a 4,80 et Ô b 4,65

(Jab

= 11,9 Hz) et d’un massif intégrant pour cinq hydrogènes

7,33-7,29. Tandis que les signaux

des protons H-4, H-5 et H -6 apparaissent respectivement comme un multiplet

4,02, un double

doublet à ô 3,99 (J = 9,0 et 2,9 Hz) et un doublet ô 4,73 (J = 9,0 Hz). A nouveau, ces différentes constantes de couplage confirment que le proton H-4 est équatorial tandis que les protons H-5 et H -6 sont axiaux. Enfin, le spectre infrarouge ne présente plus de bande d’absorption à 3485 cm’*

caractéristique d’un stretching OH.

Signalons que des tentatives d’introduction directe du groupement benzyloxy en C-4, sans passer par l’hydroxyle, ont également été réalisées en utilisant des conditions ayant permis l’introduction de l’hydroxyle et du méthoxy.^"*^^ Dans ces conditions, le dérivé [ 68 ] n’est pas obtenu.

Il en est de même si l’acide acétique est remplacé par un acide de Lewis (Bp 3 . 0 Et 2 ).

2.2.3.5 Elimination de l’atome de brome

L’élimination de l’atome de brome se fait selon un mécanisme radicalaire en présence de 2,2’-azobisiobutyronitrile (AIBN) comme initiateur de radicaux et d’hydrure de «-tributylétain (BuaSnH).^'’^^ Après trois heures de réaction à 60 °C, l’éther de benzyle [69] est obtenu avec un rendement de 93 %.

Ph,

"r

/N.

"A r ^\

NC^ .0 BujSnH, AIBN, /N .O

2 6 Toluène, 60°C ^ 6

V _OBn ^{^Br 93% T} _OBn

[ 68 ] [69]

Le spectre de masse confirme la disparition de l’atome de brome 1 3

moléculaire à m/z = 334 (16 %). En RMN C, le carbone C-5 est fortement blindé suite à la perte de

l’atome de brome : il passe de ô 53,0 dans le spectre du composé [ 68 ] à ô 35,5 dans celui de [69].

2.2.3.6 Essais de formation du dérivé alkvlé [701

Un premier essai d’alkylation en C-2 du dérivé [69] par le bromure de propargyle, protégé sous forme de a été mené dans les conditions décrites par Yue et al. pour aUcyler le synthon

« C,N(R,S) » [64].^^^^^ Dans ces conditions, nous n’avons pas obtenu le produit d’alkylation souhaité.

Ph,

[69]

D’autres essais ont donc été réalisés en faisant varier différents paramètres réactionnels tels que la température, la durée de réaction, la quantité de réactifs, le solvant. Quelques soient les conditions utilisées, l’introduction du groupement propargylique en position 2 n’a jamais été observée (Tableau 1).

*

Nb éq. LDA Nb. éq.

d’balogénure

Température de réaction

(»C)

Temps de réaction (heures)

Résultat

Essai 2 2.5 1.5 -78 3 Produits de départ

inchangés

Essai 3 2.5 1.5 -78 4 Produits de départ

inchangés

Essai 4 2.5 2 -78 4 Produits de départ

inchangés

Essai 5 2.5 2 -50 4 Produits de départ

inchangés

Essai 6 * 2.5 2 -50 4 Produits de départ

inchangés

Essai 7 2.5 2 25 18 Dégradation

Le solvant utilisé pour cet essai est le l-méthoxy-2-(2-méthoxyéthoxy)éthane (diglyme)

Tableau 1 — Essais d’alkylation de [

68

La source de ces échecs pouvant être attribuée à la nature de l’électrophile, d’autres essais ont également été effectués en changeant la nature de l’électrophile (bromopentane et bromure d’allyle) mais, à chaque fois, le produit de départ [69] est récupéré inchangé.

Deux hypothèses peuvent être avancées pour expliquer ce manque de réactivité. Soit le carbanion ne se forme pas, soit il se forme mais il n’est pas piégé par l’électrophile. Au cours de son mémoire de licence, Haulotte^"*’^ a démontré que l’arrachement du proton H-2 par du LD A avait bien lieu. En effet, le traitement de ce composé par le LDA suivi d’addition de CH 3 OD conduit à l’introduction d’im deutérium au pied du nitrile. Par conséquent, le problème réside probablement dans l’attaque du carbanion sur l’électrophile.

Ph.

.0

[69]

1. LDA, HMPA THF

2. CH 3 OD

Ph,

La comparaison des spectres RMN ’H du dérivé benzylé [69] et du dérivé non-substitué en C-4 [64] (Tableau 2) montre que l’introduction d’un substituant en cette position provoque une légère déformation du cycle pipéridinique.

[64] [69]

Ô ’H (Hz) Attribution ô ’H (Hz) Attribution

1,50-2,0 (m)

CH 2 - 3 , CH 2 - 4 , CH 2-5 1,66 (ddd; 12,8; 10,3 et 2,9) H-5 ax.

2,12 (bdd; 11,5 et 2,2) 1,08 (ddd; 14,5; 2,9 et 2,9) H-3 ax.

2,30 (bdd; 14,5 et 2,1) H-3 éq.

2,48 (bdd; 12,7) H-5 éq.

3,74 (t; 7,9) H -8 3,77 (t; 7,7) H -8

3,83 (bdd; 4,5 et 1,8) H-2 3,83 (dd; 5,8 et 1,5) H-2

4,01 (m) H-4

3,90 (t; 8,0) H-9 4,02 (t; 7,8) H-9

4,25 (t; 7,8) H -8 4,28 (t; 8,0) H -8

4,54-4,68 (AB; 12,0) O-CH 2 - 4,13 (dd, 9,6 et 2,9) H -6 4,57 (dd; 10,1 et 2,7) H -6

7,30 - 7,40 (m) 5H aromatiques 7,26 - 7,33 1 OH aromatiques

En effet, les constantes de couplage du proton H-2 (J = 6,0 et 1,5 Hz) de [69] dans le CôDe suggèrent que ce dernier est équatorial. Ces constantes de couplages sont cependant légèrement différentes de celles mesurées pour [64] dans ce même solvant (J = 4,1 et 2,7 Hz). Ceci est attribuable à une légère déformation du cycle chaise, résultant de la minimisation des interactions

1,3-diaxiales entre le groupement benzyloxy et le nitrile.

Fig. 17 - Représentation sous forme chaise de |63] et 168]

Cette déformation pourrait être à la base du manque de réactivité de l’anion, résultant du traitement de [69] par le LD A. En effet, il est raisonnable d’imaginer que, suite à cette déformation, l’hydrogène H-2 vient se positionner dans le même plan que le groupement phényle en 9 et que cette coplanéarité induit une stabilisation de fanion par interaction avec le groupement phényle. Cette interprétation est appuyée par le fait que l’alkylation du synthon [64] par le bromure de propargyle protégé, effectuée dans les mêmes conditions que celles décritent pour [69], conduit au dérivé alkylé souhaité avec un rendement de 89 %.

NC

Ph. Ph.

TMS

[64]

A

Br NC. .N .0

EDA, HMPA, THF, - 78 °C

89%

TMS-

Devant ces échecs répétés, nous avons tenté d’introduire la chaîne propargylique au départ

soit du dérivé dibromé [65] soit du dérivé monobromé [ 66 ]. Aucune de ces deux réactions ne nous a

permis d’isoler le produit d’addition attendu (Schéma 16).