Synthèse d'aziridinyl iminosucres à partir de nitrones et évaluation de leur activité inhibitrice de glycosidases

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évaluation de leur activité inhibitrice de glycosidases

Salia Tangara

To cite this version:

Salia Tangara. Synthèse d’aziridinyl iminosucres à partir de nitrones et évaluation de leur activité

inhibitrice de glycosidases. Chimie organique. Université Grenoble Alpes, 2018. Français. �NNT :

2018GREAV053�. �tel-02585805�

THÈSE

Pour obtenir le grade de

DOCTEUR DE LA COMMUNAUTE UNIVERSITE GRENOBLE ALPES

Spécialité : Chimie Organique

Arrêté ministériel : 25 mai 2016

Présentée par

Salia TANGARA

Thèse dirigée par Sandrine PY

et Co-encadrée par Alice KANAZAWA

préparée au sein du Département de Chimie Moléculaire dans l'École Doctorale Chimie et Sciences du Vivant

Thèse soutenue publiquement le 14 décembre 2018, devant le jury composé de :

Pr Jean-Marc CAMPAGNE

Professeur à l’Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier, Rapporteur

Dr Jérôme DESIRE

Maître de conférence à l’Université de Poitiers, Rapporteur

Dr Sébastien FORT

Directeur de Recherche à l’Université Grenoble-Alpes, Président

Dr David GUEYRARD

Maître de conférence à l’Université Claude Bernard Lyon 1, Examinateur

Dr Alice KANAZAWA

Maître de conférence à l’Université Grenoble-Alpes, Co-encadrant de thèse

Dr Sandrine PY

Directeur de recherche à l’Université Grenoble-Alpes, Directeur de thèse

Synthèse d’aziridinyl iminosucres à partir de nitrones et évaluation

de leur activité inhibitrice de glycosidases

Je tiens tout d’abord à remercier le Professeur Jean-Marc CAMPAGNE, le Docteur Jérôme DESIRE, le Docteur Sébastien FORT et le Docteur David GUEYRARD, d’avoir accepté de juger ce travail de thèse, de leurs conseils et suggestions qui m’ont permis d’améliorer la qualité de ce manuscrit.

Je remercie particulièrement mes encadrantes, « mes mamans du labo », le Docteur Sandrine PY et le Docteur Alice KANAZAWA pour m’avoir donné l’opportunité de travailler avec elles sur ce merveilleux projet au sein de la « Py Kanazawa académie ». Avec vous mesdames, j’ai grandi, j’ai appris à être rigoureux et j’ai acquis des compétences solides pour analyser et présenter mes résultats. Je vous remercie de votre confiance, d’avoir cru en moi, de m’avoir motivé et soutenu dans les moments difficiles, de votre temps, de votre écoute, et des discussions que nous avons pu avoir.

Ce fut un plaisir de travailler avec vous et je vous remercie pour l’aide si précieuse que vous m’avez apportée durant ces trois années et pour la rédaction de ce manuscrit.

Je tiens à remercie le Professeur Jean-Bernard BEHR pour les tests enzymatiques qu’il a effectués afin de déterminer l’activité inhibitrice de glycosidases des produits que j’ai préparés, et le Professeur Gideon DAVIES pour les images obtenues par diffraction aux rayons X des complexes de ces produits (aziridinyl iminosucres) avec l’enzyme (α-glucosidase CjAgd31B).

Je remercie également le Docteur Philippe DELAIR d’avoir accepté d’être membre de mon comité de suivi de thèse et de ces conseils lors de nos différentes rencontres.

J’adresse mes remerciements à l’ensemble des personnels des services d’analyses de l’ICMG (RMN, PSM, Cristallographie). Je remercie tous les personnels du DCM et plus particulièrement tous les personnels de l’équipe SeRCO pour leur accueil et la bonne ambiance au quotidien. J’aimerais remercier particulièrement Martine FAYOLLE pour avoir synthétisé les nitrones qui ont été utilisées durant ce travail, et pour son aide dans le labo.

Pendant ces trois années, j’ai eu la chance de rencontrer des personnes merveilleuses et

magnifiques : Thi, Laura, Seydou, Evelyn et mes anges Ibrahim, Naoual et Anais. J’aimerais tout

particulièrement remercier la fleur, la lumière, l’ange et la princesse du labo Anais. Je te remercie

d’avoir toujours été là pour moi dans les moments difficiles comme dans les bons moments, de

m’avoir supporté durant toutes ces années, de m’avoir motivé et soutenu, et surtout de ton humour,

de ta bonne humeur et de ton énergie positive qui m’ont donnés le courage et la force nécessaires

qualités, j’ai appris beaucoup de choses utiles de la vie à tes côtés. Ne changes rien.

Je souhaiterai remercier également tout le personnel du programme « 300 jeunes cadres pour le Mali » pour avoir financé toutes mes études supérieures en France.

Enfin, je remercie tous mes amis et ma famille pour le soutien et l’aide qu’ils m’ont apportés durant

toutes ces années. Je finis par remercier particulièrement ma maman Aissata KASSAMBARA et mes

tontons Messieurs Oumar KASSAMBARA et Khalifa GOITA d’avoir été toujours là pour moi, de

l’éducation qu’ils m’ont transmise, de leur soutien, leur conseil et leur aide qui m’ont permis de

réaliser ce travail.

Introduction ... 1

Chapitre I : Les aziridinyl iminosucres ... 3

I. Les iminosucres ... 3

I.1. Définition et mode d’action ... 3

I.2. Intérêt thérapeutique des iminosucres ... 6

II. Synthèse des aziridinyl iminosucres ... 9

II.1. Les 1-azabicyclo[4.1.0]heptanes polyhydroxylés ... 10

II.2. Les 7-azabicyclo[4.1.0]heptanes polyhydroxylés ... 13

II.2.1. Aziridines dérivées du conduritol ... 14

II.2.2. Aziridines dérivées du cyclophellitol ... 16

III. Contexte de mon travail de thèse ... 22

IV. Objectifs ... 32

Chapitre II : Synthèse d’isoxazolines par cycloaddition 1,3-dipolaire de nitrones avec des alcynes ... 35

I. Rappels bibliographiques ... 35

I.1. Alcynes activés ... 37

I.2. Alcynes non activés ... 43

I.3. Résumé ... 47

II. Etude de la cycloaddition 1,3-dipolaire entre nitrones O-benzylées et alcynes ... 48

II.1. Nitrone O-benzylée à cinq chainons ... 48

II.2. Nitrones O-benzylées à six chainons ... 50

III. Etude de la cycloaddition 1,3-dipolaire entre la nitrone O-acétylée 134 et des alcynes ... 54

IV. Interprétation des stéréosélectivités observées pour les cycloadditions de nitrones à 6 chaînons avec des alcynes ... 58

V. Déprotection de la nitrone O-acétylée 134 et des isoxazolines O-acétylées 248−253 ... 60

VI. Résumé du chapitre ... 62

Chapitre III : Synthèse des aziridinyl iminosucres ... 63

I. Le réarrangement de Baldwin ... 64

I.3. Rappels bibliographiques ... 64

II. Etude du réarrangement de Baldwin des isoxazolines O-benzylées en 2-acylaziridines ... 71

II.1. Isoxazolines O-benzylées issues de nitrones à 5 chainons ... 71

II.2. Isoxazolines O-benzylées issues de nitrones à 6 chaînons ... 73

III. Etude du réarrangement de Baldwin des isoxazolines O-acétylées en 2-acylaziridines ... 77

IV. Explication de la stéréosélectivité du réarrangement de Baldwin ... 80

V. Préparation des aziridinyl iminosucres à partir des 2-acylaziridines ... 84

V.1. A partir des 2-acylaziridines O-benzylées 325− 329 ... 84

V.1.1. Réduction des 2-acylaziridines O-benzylées 325−329 en aziridinyl alcools ... 86

V.1.2. Détermination de la configuration des aziridinyl alcool ... 87

V.1.3. Déprotection des aziridinyls alcools benzylés 345, 346 et 347 ... 89

V.2. A partir des 2-acylaziridines O-acétylées ... 90

VI. Résumé du chapitre ... 91

Chapitre IV: Synthèse d’aziridinyl iminosucres à partir d’ynamides ... 93

I. Les ynamides en cycloaddition ... 93

II. Synthèse d’aziridinyl iminosucres à partir de la nitrone 81 et de l’ynamide 358 ... 99

II.3. Préparation de la 2-amidoaziridine 407 ... 99

II.4. Préparation d’aziridinyl iminosucres à partir de la 2-amidoaziridine 407 ... 100

III. Synthèse d’aziridinyl iminosucres à partir de la nitrone 134 et de l’ynamide 358 ... 102

IV. Bilan du chapitre ... 104

Chapitre V : Etude de l’interaction des iminosucres synthétisés avec des glycosidases ... 105

I. Evaluation de l’activité inhibitrice de glycosidases des iminosucres préparés ... 105

I.1. Pouvoir inhibiteur de glycosidases de la nitrone 254 et des isoxazolines polyhydroxylées 255− 259 ... 106

I.2. Pouvoir inhibiteur des aziridinyl iminosucres 352−356, 410, et 413 ... 108

II. Etude crystallographique des complexes des aziridinyl iminosucres 352 et 356 avec l’α- glucosidase CjAgd31B ... 109

Conclusion et perspectives ... 114

Partie expérimentale ... 120

Annexes ... 170

Références bibliographiques ... 183

ABP Activity-Based Probes

Ac Acétyle

Ar Aryle

BINOL 1,1’-Bi-2-naphtol

Bn Benzyle

Bu Butyle

Cat. Quantité catalytique

CCM Chromatographie sur couche mince

c-Hep Cycloheptyle

c-Hex Cyclohexyle

COSY Correlation SpectroscopY

c-Pr Cyclopropyle

DBU 1,8-Diazabicyclo[5.4.0]undéc-7-ène

DCE Dichloroéthane

DCM Dichlorométhane

DIAD Azodicarboxylate de diisopropyle

DIBAL-H Hydrure de diisobutyl aluminium

DMAP N,N-4-Diméthylaminopyridine

DMF N,N-Diméthylformamide

DMSO Diméthylsulfoxyde

E. C. Enzyme Classification

EEDQ N-Ethoxycarbonyl-2-éthoxy-1,2-dihydroquinoline

Equiv Equivalent(s)

Et Ethyle

EWG Electron withdrawing group

GP Groupe Protecteur

h Heure(s)

HMBC Heteronuclear Multi-Bond Connectivity

HSQC Heteronuclear Single Quantum Coherence

IC

Concentration inhibitrice médiane

i-Pr Isopropyle

IR Infrarouge

IUPAC International Union of Pure and Applied

Chemistry

K

Constante d’inhibition

LAB 1,4-Didésoxy-1,4-imino-L-arabinitol

LAH Tétrahydruroaluminate de lithium

LC Liquid Chromatography

Me Méthyle

MeCN Acétonitrile

min Minutes

Ms Mésyle

MS Mass Spectrometry

Napht

Naphtyle

NIS N-Iodosuccinimide

NMO Oxide de N-méthyle morpholine

nOe Nuclear Overhauser Effect

NOESY Nuclear Overhauser Effect SpectroscopY

PAGE PolyAcrylamide Gel Electrophoresis

Pent Pentyle

PET Positron Emission Tomography

Ph Phényle

PIDA Diacétate d’iodobenzène

ppm Partie par million

PPTS para-Toluène sulfonate de pyridinium

Pr Propyle

p-TsOH Acide para-toluènesulfonique

Py Pyridine

RMN Résonance Magnétique Nucléaire

SDS Sodium Dodecyl Sulfate

TBAF Florure de N-tétrabutylammonium

TBDPS tert-Butyldiphénylsilyle

TBS tert-Butyldiméthylsilyle

t-Bu tert-Butyle

TFA Acide trifluoroacétique

THF Tétrahydrofurane

TMS Triméthylesilyle

Tol Tolyle

Ts Tosyle

1

Introduction

Le remplacement de l’atome d’oxygène endocyclique des sucres par un atome d’azote conduit à une classe de glycomimétiques appelés «iminosucres». Depuis leur découverte dans les années 1960, les iminosucres ont fait l’objet de nombreuses études en raison de leurs applications thérapeutiques importantes et nombreuses. Les molécules de cette classe sont connues comme étant de puissants inhibiteurs de glycosidases, qui sont des enzymes impliquées dans diverses fonctions biologiques telles que la biodégradation d’oligosaccharides et de glycoconjugués et la maturation de glycoprotéines. L’inhibition ou l’activation de ces enzymes constitue donc une stratégie importante dans la conception de nouveaux médicaments pour traiter des maladies telles que le diabète de type 2, les infections virales ou les maladies lysosomales. Ainsi, la recherche de nouvelles molécules de cette classe dont l’activité et la sélectivité seraient améliorées par rapport aux iminosucres déjà connus, continue d’intéresser un grand nombre de chercheurs.

Dans ce contexte, quelques groupes ont synthétisé des iminosucres comportant un cycle aziridine accolé à un autre cycle polyhydroxylé, et ont montré que ce cycle à 3 chaînons, tendu, pouvait être ouvert dans le site catalytique de glycosidases. Cette réaction implique l’addition nucléophile d’un résidu aminoacide du site catalytique de l’enzyme avec un atome de carbone de l’aziridine, formant une liaison covalente entre l’iminosucre et l’enzyme. L’action de l’enzyme est alors inhibée de façon irréversible. Les aziridinyl iminosucres ont aussi été utilisés comme sondes pour comprendre le mécanisme d’action de certaines glycosidases, et pour marquer la présence de glycosidases dans des milieux biologiques. L’objectif de cette thèse était de préparer de nouveaux aziridinyl iminosucres, comportant un centre quaternaire en jonction de cycle, et une configuration susceptible de permettre une reconnaissance sélective par les α-glucosidases. Pour synthétiser ces molécules, nous avons développé une voie de synthèse originale, dont les étapes clés sont une cycloaddition de nitrones avec des alcynes et un réarrangement de Baldwin des isoxazolines ainsi obtenues.

Le premier chapitre de ce manuscrit présente succinctement les aspects fondamentaux de

l’inhibition de glycosidases par les iminosucres et les travaux relatifs au cas particulier des aziridinyl

iminosucres décrits avant cette thèse. Les objectifs de ce travail sont ensuite abordés, en les

replaçant dans le contexte des résultats obtenus récemment dans notre laboratoire. Ce chapitre

renseignera le lecteur sur la génèse de ce projet, le choix des structures originales que nous avons

cherché à synthétiser, ainsi que la méthode de synthèse adoptée.

2 Le second chapitre présente notre étude de la cycloaddition 1,3-dipolaire entre les nitrones dérivées de sucres et les alcynes. Après un bref rappel sur quelques exemples de ce type de réaction décrits dans la littérature, nous présenterons nos résultats sur la synthèse d’isoxazolines bicycliques inédites, à partir desquelles le réarrangement de Baldwin a été étudié. La régio- et la stéréosélectivité de ces cycloadditions seront discutées au vu des résultats obtenus.

La transformation des isoxazolines en aziridinyl iminosucres grâce au réarrangement de Baldwin sera présentée dans le troisième chapitre. Quelques rappels bibliographiques sur ce réarrangement seront d’abord fournis, de sa découverte à ses utilisations, sans oublier la description de son mécanisme supposé. Son application aux isoxazolines bicycliques obtenues par cycloaddition de nitrones dérivées de sucres sera ensuite décrite, ainsi que la transformation des 2-acylaziridines obtenues en aziridinyl iminosucres, en seulement 2 ou 3 étapes.

Dans le quatrième chapitre, une extension de la méthode de synthèse d’aziridinyl iminosucres dans laquelle les alcynes employés précédemment pour la cycloaddition 1,3 dipolaire sont remplacés par un ynamide est décrite. La cycloaddition de nitrones avec des ynamides pour former des isoxazolines 5-substituées par un atome d’azote n’avait jamais été effectuée avant ce travail. Les produits obtenus ont été soumis aux conditions du réarrangement de Baldwin, ce qui nous a permis d’accéder à d’autres aziridinyl iminosucres, comportant sur le cycle aziridine une fonction amide ou un alcool primaire. Ces fonctions pourront servir pour conjuguer les aziridinyl iminosucres à un groupe luminescent pour la conception de sondes à glycosidases

Enfin, le cinquième chapitre de ce manuscrit sera consacré à la description du pouvoir inhibiteur de

glycosidases des iminosucres préparés (isoxazolines bicycliques polyhydroxylées et aziridinyl

iminosucres), évalué par mesure de l’inhibition d’enzymes disponibles dans le commerce. Une étude

cristallographique de leur interaction avec une α-glucosidase bactérienne sera également présentée.

Chapitre I : Les aziridinyl iminosucres

I. Les iminosucres

I.1. Définition et mode d’action

Les iminosucres sont des molécules cycliques polyhydroxylées comportant un atome d’azote endocyclique basique.

Le terme « iminosucre » couvre à la fois des molécules naturelles isolées de plantes ou de microorganismes, mais également des molécules de synthèse. Les iminosucres naturels, ou alcaloïdes polyhydroxylés, sont souvent répartis en cinq grandes classes : les pipéridines, les pyrrolidines, les indolizidines, les pyrrolizidines et les nortropanes (Figure 1).

Figure 1

Depuis leur découverte dans les années soixante, les iminosucres ont suscité l’intérêt des chimistes, notamment en raison de leurs applications thérapeutiques potentielles et nombreuses. Leur activité biologique est souvent associée à leur pouvoir inhibiteur de glycosidases.

Les glycosidases, ou glycosyl hydrolases, sont des enzymes qui catalysent l’hydrolyse de la liaison glycosidique des oligosaccharides et des glycoconjugués (glycoprotéines et glycolipides). Ces enzymes sont nombreuses dans la nature et sont classées en plus de 150 familles dans la base de données CAZy (Carbohydrate-Active enZYme), d’après leur séquence primaire.

Les glycosidases font partie de la famille des hydrolases E.C. 3.2.1 dans la nomenclature de l’IUBMB (International Union of Biochemistry and Molecular Biology).

Elles sont généralement nommées selon le type de substrat dont elles catalysent l’hydrolyse, ou suivant la nature du monosaccharide libéré après cette hydrolyse.

Ainsi, les glucosidases sont des enzymes qui catalysent l’hydrolyse des oligosaccharides glucosylés avec libération de glucose, les mannosidases hydrolysent préférentiellement des

1

Compain, P.; Martin, O. R. Iminosugars: From synthesis to therapeutic applications; Wiley, Chichester, 2007.

2

(a) Asano, N.; Nash, R. J.; Molyneux, R. J.; Fleet, G. W. J. Tetrahedron: Asymmetry 2000, 11, 1645−1680.

(b) Watson, A. A.; Fleet, G. W. J.; Asano, N.; Molyneux, R. J.; Nash, R. J. Phytochemistry 2001, 56, 265−295.

3

Stütz, A. E. Iminosugars as glycosidase inhibitors: nojirimycin and beyond; Wiley−VCH: Weinheim, 1999.

4

http://www.cazy.org

5

http://www.sbcs.qmul.ac.uk/iubmb/

6

(a) Davies, G.; Henrissat, B. Structure 1995, 3, 853−859. (b) Davies, G. J.; Henrissat, B. Curr. Opin. Struct. Biol.

2013,

23, 649−651. (c) Lombard, V.; Golaconda Ramulu, H.; Drula, E.; Coutinho, P. M.; Henrissat, B. Nucleic Acids Res. 2014, 42, D490−D495.

HN H

N

pipéridines pyrrolidines

N

pyrrolizidines

(HO)_n (HO)_n (HO)_n

N

indolizidines (HO)_n

HN (HO)_n

nortropanes

glycosides mannosylés, les fucosidases hydrolysent les fucosides, etc… Ces enzymes reconnaissent leur substrat avec une grande spécificité grâce à la conformation de leur structure protéique et à un ensemble d’interactions faibles (interactions électrostatiques et liaisons hydrogènes) entre les acides aminés de leur site catalytique et leur substrat. Elles ont aussi la capacité de distinguer des substrats selon la configuration anomérique du résidu terminal du site d’hydrolyse. Ainsi, les α-glucosidases hydrolysent spécifiquement les

-glucosides comportant un résidu glucose de configuration anomérique α, et les β-glucosidases hydrolysent spécifiquement les

-glucosides de configuration β.

La réaction d’hydrolyse des glycosides par les glycosidases peut s’effectuer suivant deux mécanismes distincts avec rétention ou inversion de la configuration anomérique du résidu terminal du site d’hydrolyse (Schéma 1).

Le premier cas est le plus répandu. Dans le site actif de ces enzymes, il y a deux groupements carboxyles : l’un sous sa forme acide active le substrat et l’autre sous sa forme basique joue le rôle de nucléophile. La catalyse passe par la formation d’un état de transition (ET) de type oxonium, suivie de la libération du glycoside hydrolysé ROH et de la formation d’un complexe enzyme−substrat [ES]. Ensuite, ce complexe est hydrolysé par une molécule d’eau avec la participation des deux résidus carboxyles du site actif pour libérer le monosaccharide. Dans le deuxième cas (hydrolyse avec inversion de configuration), l’activation du substrat et son hydrolyse par la molécule d’eau s’effectuent de façon simultanée, mais toutefois ce mécanisme passe aussi par un état de transition de type oxonium.

7

Borges de Melo, E.; da Silveira Gomes, A.; Carvalho, I. Tetrahedron 2006, 62, 10277−10302.

8

(a) Koshland, D. E. Biol. Rev.

28, 416−436. (b) McCarter, J. D.; Withers, S. G. Curr. Opin. Struct. Biol.

1994, 4, 885−892. (c) Zechel, D. L.; Withers, S. G. Acc. Chem. Res. 2000, 33, 11−18. (d) Stütz, A. E.; Wrodnigg, T.

M. Carbohydr. Chem. 2013, 39, 120−149.

O

O O

O O

O O R H

H

O

O O

O O

H

O

O O

O O OH H

ET [ES] : complexe covalent

ROH

+ H₂O Mécanisme avec rétention de configuration

acide/base

nucléophile

acide/base

nucléophile

acide/base nucléophile

‡

(HO)_n (HO)n

(HO)n

O O O

O O O R

H

acide/base nucléophile

(HO)_n

‡

Schéma 1

Les iminosucres sont de puissants inhibiteurs de glycosidases car ils peuvent mimer l’état de transition oxonium en raison de (Figure 2) :

ü leur structure cyclique polyhydroxylée analogue à celle du substrat, qui leur permet d’être reconnus par ces enzymes via des interactions faibles;

ü et la charge positive de leur atome d’azote protonné à pH physiologique, qui leur permet de mimer la charge positive de l’oxonium.

Figure 2

Les principes de Pauling et Wolfenden énoncent que les mimes de l’état de transition sont en général de bons inhibiteurs d’enzymes.

De ce fait, diverses classes de glycomimétiques proches de l’état de transition oxonium, parmi lesquelles les iminosucres, ont été évaluées comme inhibiteurs de glycosidases.

La 1-déoxynojirimycine (1, DNJ, Figure 3) fût le premier iminosucre synthétisé en 1966 par Paulsen.

Quelques mois après, l’équipe d’Inouye a isolé la nojirimycine (2, NJ, Figure 3) dans les extraits de bactéries Streptomyces,

mais cette molécule est relativement instable en raison de sa fonction hémiacétal. La nojirimycine a ensuite été synthétisée par les groupes de Paulsen et d’Inouye, et elle a

9

(a) Pauling, L. Chem. Eng. News 1946, 24, 1375−1377. (b) Wolfenden, R. Acc. Chem. Res. 1972, 5, 10−18.

10

Paulsen, H. Angew. Chem. Int. Ed. 1966, 5, 495−510.

11

Inouye, S.; Tsuruoka, T.; Niida, T. J. Antibiot, Ser. A. 1966, 19, 288−292.

n N HO

O O

O HO H

H O

O O

O O O R

H

O

HO O

O O

ET

ROH

acide/base

nucléophile

acide/base nucléophile

(HO)_n O O O (HO)_n

O O O R

H

acide/base nucléophile

(HO)_n O

H H

O H

H OH

‡

‡ Mécanisme avec inversion de configuration

été transformée en DNJ par réduction.

Des propriétés antibiotiques ont été attribuées à la NJ alors qu’aucune activité biologique n’avait été identifiée pour la DNJ à cette époque. Ce n’est qu’en 1976 que les chercheurs du groupe Bayer ont découvert l’activité inhibitrice d’α-glucosidase de la DNJ.

Suite à cette découverte, différents groupes se sont intéressés à la synthèse des iminosucres et à leur utilisation comme agents thérapeutiques pour traiter diverses maladies.

Figure 3

I.2. Intérêt thérapeutique des iminosucres

Les glycosidases sont des enzymes impliquées dans de nombreux processus biologiques tels que la division cellulaire, la régulation du taux de glycémie, la prolifération des virus… Elles jouent également un rôle important dans la biosynthèse de glycoprotéines impliquées dans les interactions cellules-cellules ou cellules-virus. Ainsi, ces enzymes sont devenues des cibles thérapeutiques très importantes pour la chimie médicinale dans le développement de médicaments contre le cancer, le diabète, les maladies lysosomales et les infections virales.

Les iminosucres étant reconnus comme une classe de molécules parmi les plus prometteuses dans la recherche de nouveaux agents thérapeutiques inhibiteurs de glycosidases, de nombreuses équipes se sont intéressées à leur synthèse.

Grâce à ces recherches, plusieurs iminosucres sont déjà commercialisés comme médicaments. Le miglitol ou N-hydroxyéthyl-DNJ (3, Glyset, Figure 4) fût le premier iminosucre mis sur le marché en 1996.

Cet analogue de la DNJ est un inhibiteur compétitif des α-glucosidases intestinales, qui sont des enzymes responsables de la fragmentation des sucres alimentaires en monosaccharides (sucrase, maltase, isomaltase). Il permet donc de réguler l’absorption des sucres, et il est employé comme médicament pour traiter le diabète non insulino-dépendant (diabète de type II). Le miglustat ou N-butyl-DNJ (4, Zavesca, Figure 4) est le deuxième iminosucre mis sur le marché en 2002.

Ce composé est utilisé pour traiter la maladie de Gaucher, une maladie lysosomale causée par la défaillance de la β-glucocérébrosidase, l’enzyme responsable de l’hydrolyse des

12

(a) Inouye, S.; Tsuruoka, T.; Ito, T.; Niida, T. Tetrahedron

Carbohydr. Chem. 1968, 23, 115−232.

13

Scott, L. J.; Spencer, C. M. Drugs 2000, 59, 521−549.

14

(a) Sorbera, L. A.; Castaner, J.; Bayes, M. Drugs Fut. 2003, 28, 229−236. (b) Lachmann, R. H. Therapy 2005, 2, 569−576.

H N

HO OH

OH 2 Nojirimycine (NJ) H

N

HO OH

OH 1

Déoxynojirimycine (DNJ)

HO HO OH

glycosphingolipides (GSL) en glucose et céramide au niveau des lysosomes. Le dysfonctionnement de cette enzyme entraine une accumulation des glucocérébrosides au niveau du système nerveux mais aussi dans la rate, le foie, les poumons et la moelle osseuse. Le miglustat agit d’une part sur le glucosylcéramide synthase en inhibant la biosynthèse des glycosphingolipides, ce qui limite la quantité de GSL produite par les cellules et par conséquent la quantité de substrat à hydrolyser pour la β-glucocérébrosidase déficiente. D’autre part, le miglustat joue le rôle de «chaperon» en restituant l’activité β-glucosidase de l’enzyme déficiente. Suite à la découverte de cette nouvelle activité biologique des iminosucres, la recherche de chaperons moléculaires pour différentes enzymes défficiantes dans d’autres maladies lysosomales s’est fortement accrue. Depuis, le migalastat (5, Galafold, Figure 4) a reçu une autorisation de mise sur le marché en 2016 pour traiter la maladie de Fabry, une autre maladie lysosomale, causée par la défaillance d’une α-galactosidase.

Figure 4

Comme le montrent ces exemples, les iminosucres constituent une classe de molécules glycomimétiques importante pour le traitement de diverses maladies par inhibition (ou stabilisation) de glycosidases. Mais souvent, ces molécules n’inhibent pas spécifiquement un type de glycosidase donné, et l’inhibition d’autres enzymes (inhibition non sélective) peut affecter des fonctions biologiques essentielles pour la santé. Un des défis actuels dans le développement de nouveaux iminosucres pour en faire des médicaments consiste à trouver des molécules qui soient non seulement très affines pour les enzymes ciblées, mais aussi qui présentent une bonne sélectivité d’inhibition vis-à-vis d’un type de glycosidase ciblé.

Pour concevoir de nouveaux iminosucres qui soient des inhibiteurs de glycosidases à la fois puissants et sélectifs, les chimistes ont adopté deux stratégies principales. L’une consiste à optimiser leur reconnaissance par le site catalytique d’une enzyme donnée par introduction de substituants dans les molécules étudiées comme inhibiteurs. Ainsi, les dérivés N-alkylés de la DNJ sont de meilleurs

15

Markham, A. Drugs 2016, 76, 1147−1152.

N

HO OH

OH 3 miglitol (Glyset^®) HO

OH

N

HO OH

OH HO

n-Bu

4

miglustat (Zavesca^®)

H N

HO OH

OH HO

5

migalastat (Galafold^®)

inhibiteurs des α-glucosidases I et II du réticulum endoplasmique,

et font actuellement l’objet d’études cliniques pour le développement d’antiviraux.

Des dérivés de la DNJ comportant un centre quaternaire en α de l’azote ont aussi montré de bons profils d’inhibiteurs de glycosidases. Par exemple, le dérivé α-méthylé de la DNJ 6 (Figure 5) est sélectif vis-à-vis de l’α-glucosidase lysosomale humaine (pas d’inhibition de la glucosylcerebroside synthase, ni de β-glucosidases) et il est un peu plus puissant que le composé parent (IC

= 1 µM pour 6; IC

= 1,4 µM pour la DNJ 1).

Le dérivé α- hydroxyméthylé 7 synthétisé par le groupe de Dhavale (Figure 5), présente une activité inhibitrice de l’α-glucosidase de riz (K

= 0,066 µM) et de l’α-glucosidase de levure (K

= 20 µM) très proches de celles de la DNJ (K

= 0,066 µM et 22 µM respectivement).

Figure 5

Une autre stratégie employée pour étudier les relations structure-activité et structure-sélectivité des iminosucres a été de rigidifier leur conformation en leur accolant un cycle supplémentaire, c’est à dire en ciblant des iminosucres bicycliques. La castanospermine (9, Figure 6), une indolizidine polyhydroxylée naturelle isolée de l’arbuste Castanospermum australe,

a fait l’objet de nombreuses études. Elle est considérée comme un analogue conformationnellement restreint de la DNJ. La DNJ et la castanospermine présentent des analogies structurales au niveau de leur profil de substitution par des hydroxyles (configuration

-gluco) et un profil d’inhibition de glycosidases semblable : elles sont les iminosucres de référence pour l’inhibition de glucosidases.

16

(a) Tan, A.; van den Broek, L.; van Boeckel, S.; Ploegh, H.; Bolscher, J. J. Biol. Chem. 1991, 266, 14504−14510.

(b) Butters, T. D.; van den Broek, L. A. G. M.; Fleet, G. W. J.; Krulle, T. M.; Wormald, M. R.; Dwek, R. A.; Platt, F.

M. Tetrahedron: Asymmetry 2000, 11, 113–124.

17

(a) Dwek, R. A.; Butters, T. D.; Platt, F. M.; Zitzmann, N. Nat. Rev. Drug Discov. 2002, 1, 65–75. (b) Chang, J.;

Block, T. M.; Guo, J.-T. Antiviral Res. 2013, 99, 251–260. (c) Tyrrell, B. E.; Sayce, A. C.; Warfield, K. L.; Miller, J. L.;

Zitzmann, N. Critic. Rev. Microbiol. 2016, 1–25.

18

Maughan, M. A. T.; Davies, I. G.; Claridge, T. D. W.; Courtney, S.; Hay, P.; Davis, B. G. Angew. Chem. Int. Ed.

2003, 42, 3788–3792.

19

Pawar, N. J.; Parihar, V. S.; Chavan, S. T.; Joshi, R.; Joshi, P. V.; Sabharwal, S. G.; Puranik, V. G.; Dhavale, D. D.

J. Org. Chem. 2012, 77, 7873–8782.

20

(a) Hohenschutz, D. L.; Bell, E. A.; Jewess, P. J.; Leworthy, D. P.; Pryce, R. J.; Arnold, E.; Clardy, J.

Phytochemistry. 1981, 20, 811−814. (b) Molyneux, R.J.; Roitman, J. N.; Dunnheim, G.; Szumilo, T.; Elbein, A. D.

Arch. Biochem. Biophys. 1986, 251, 450−457.

H N

OH OH HO

Me HO

6

H N

OH OH HO

HO

7 HO

Figure 6

De nombreux iminosucres bicycliques de type pyrrolizidines et indolizidines polyhydroxylées ont été synthétisés et évalués comme inhibiteurs de glycosidases.

Par contre, il existe peu d’exemples d’iminosucres bicycliques comportant un petit cycle, à quatre ou trois chaînons. Pourtant ces cycles tendus sont susceptibles d’induire une rigidité conformationnelle importante. En particulier, les aziridinyl iminosucres nous ont intéressé car nous avons imaginé que la contrainte conformationnelle induite par le cycle azoté à 3 chaînons favoriserait une conformation demi-chaise, semblable à celle l’état de transition oxonium de l’hydrolyse des oligosaccharides par les glycosidases.

II. Synthèse des aziridinyl iminosucres

Il existe deux types d’aziridinyl iminosucres bicycliques comportant un cycle à 6 chaînons, se distinguant selon la position de l’atome d’azote dans le système bicyclique (Figure 7) :

ü les iminosucres possédant un squelette 1-azabicyclo [ 4.1.0 ] heptane pour lesquels l’atome d’azote est en jonction de cycles,

ü les iminosucres possédant un squelette 7-azabicyclo [ 4.1.0 ] heptane pour lesquels l’atome d’azote n’est pas en jonction de cycles.

Figure 7

21

(a) Watson, A. A.; Fleet, G. W. J.; Asano, N.; Molyneux, R. J.; Nash, R. J. Phytochemistry 2001, 56, 265–295. (b) Asano, N. Curr. Top. Med. Chem. 2003, 3, 471–484. (c) Ayad, T.; Genisson, Y.; Baltas, M. Curr. Org. Chem. 2004, 8, 1211–1233. (d) Ritthiwigrom, T.; Au, C. W. G.; Pyne, S. G. Curr. Org. Synth.

9, 583–612. (e) Ritthiwigrom, T.; Pyne, S. G. Stud. Nat. Prod. Chem.

36, 1–26. (f) Lahiri, R.; Ansari, A. A.; Vankar, Y. D.

Chem. Soc. Rev. 2013, 42, 5102–5118. (g) Desvergnes, V.; Landais, Y. Stud. Nat. Prod. Chem. 2014, 42, 373–419.

(h) Martinez, S. T.; Belouezzane, C.; Pinto, A. C.; Glasnov, T. Org. Prep. Proc. Int.

48, 223–253. (i) Robertson, J.; Stevens, K. Nat. Prod. Rep. 2017, 34, 62–89.

H N

HO OH

OH

N

OH HO

OH

1

Déoxynojirimycine (DNJ)

9

Castanospermine(CAST) O

HO OH

OH

HO OH

HO H

HO

8

D-glucose

N N (HO)_n

1-azabicyclo[4,1,0]heptane

(HO)_n

7-azabicyclo[4,1,0]heptane 1 7

1 7

II.1. Les 1-azabicyclo[ 4.1.0] heptanes polyhydroxylés

En 1988, Ganem et Tong ont été les premiers à concevoir un aziridinyl iminosucre comme inhibiteur irréversible de glycosidase.

Ils ont synthétisé l’aziridinyl triol bicyclique 15 en 6 étapes à partir de la pipéridine 10,

elle-même obtenue à partir de l’α-

-galactopyranoside de méthyle (Schéma 2).

Schéma 2

Les deux premières étapes de cette synthèse sont une mésylation puis chloration de l’alcool primaire de la pipéridine 10 pour donner le chlorure 11 avec un rendement global de 76%. L’hydrogénolyse des groupements benzyles de ce produit conduit au triol 12. Après un échec de la cyclisation de cette pipéridine triol chlorée en aziridine correspondante, les alcools ont été protégés par des groupes triméthylsilyles. La cyclisation conduisant à l’aziridine 14 a finalement été réalisée sur la pipéridine protégée 13 en présence d’un équivalent de n-BuLi à basse température. Enfin l’iminosucre 15 a été obtenu par déprotection des groupements silylés en milieu basique. Comme anticipé par les auteurs, il s’est avéré être un puissant inhibiteur irreversible de l’α-galactosidase de thé vert.

L’équipe de Paulsen a ensuite synthétisé l’énantiomère de 15 à partir de la pipéridine ent-10 (1,5- dideoxy-1,5-imino-

-galactitol protégé), en employant la même stratégie de synthèse (Schéma 3).

Cet aziridinyl iminosucre ent-15 a été testé comme inhibiteur d’α-fucosidase, mais celui-ci s’est avéré inactif.

22

Tong. M.; Ganem. B.J. Am. Chem. Soc. 1988, 110, 312−313.

23

Bernotas, R. C.; Pezzone, M. A.; Ganem, B. Carbohydr. Res. 1987, 167, 305−311.

24

Paulsen H.; Matzke, M.; Orthen, B.; Nuck, R.; Reutter, W. Liebiegs Ann. Chem. 1990, 953−963.

N

OBn OBn BnO

OH Bn

1) Mésylation 2) Chloration

N

OBn OBn BnO

Cl Bn

Hydrogénation

HN

OH OH HO

Cl Py

HN

OTMS OTMS TMSO

Cl

n-BuLi THF, −78 °C

N

OTMS OTMS TMSO

N

OH OH HO

H K₂CO₃ H

MeOH

10 11 (76%) 12 (100%) 13 (88%)

14 (36-40%) 15

Inhibiteur irréversible 13

d'α-galactosidase de thé vert TMSCl (TMS)₂NH

Schéma 3

L’équipe de Martin a également décrit la synthèse de plusieurs aziridinyl iminosucres comportant le squelette 1-azabicyclo[4.1.0]heptane à partir de pipéridines comportant un groupe partant en β de l’atome d’azote. Par exemple, l’iminosucre 19 a été préparé à partir de la β-homonojirimycine protégée 16, qui a été transformée en pipéridine tosylée 17 avec un rendement de 93%.

Le cycle aziridine a été formé en présence de DBU, puis les groupes benzyles ont été retirés par une réduction de Birch, en employant du calcium dissous dans l’ammoniac liquide (Schéma 4). Cependant l’activité inhibitrice de glycosidases de l’aziridinyl tétraol 19 n’a pas été décrite.

Schéma 4

L’aziridinyl iminosucre 22 a été préparé par la même équipe à partir de 20, un intermédiaire de synthèse de l’α-homogalactostatine (Schéma 5).

Dans ce cas, le composé 20 a été traité avec de l’iodure de trimétylsilyle à chaud pour former le pipéridinium 21, non isolé, qui cyclise en conditions

25

Martin, O. R.; Saavedra, O. M. Tetrahedron Lett. 1995, 36, 799−802.

26

Martin, O. R.; Xie, F.; Liu, L. Tetrahedron Lett. 1995, 36, 4027−4030.

N

OBn OBn BnO

OH Bn

DMF, 70 °C, 18 h

N

OBn OBn BnO

Cl

Bn H₂ (10 bar)

HN

OH OH HO

Cl

(TMS)₂NH (10,5 équiv)

Py, 1 h 30

HN

OTMS OTMS TMSO

Cl n-BuLi (1,5 équiv) THF, −40 °C, 2 h

N

OTMS OTMS TMSO

N

OH OH HO

H

K₂CO₃ (0,1 équiv) H MeOH, 4 h

ent-10 ent-11 (71%) ent-12 (quantitatif)

ent-13 (89%) ent-14 (53%)

ent-15 (87%) MsCl (5 équiv)

Pd-black (2,5 équiv) HCl (5 équiv)

EtOH, 42 h

TMSCl (8,6 équiv) ent-12

ent-14

HN

OH OBn BnO

OBn

BnO 1) BuLi

2) TsCl

HN

OTs OBn BnO

OBn

BnO DBU, Δ

THF

N OBn BnO

OBn

BnO H

1) Ca, NH₃, −78 °C 2) H₂O

N OH HO

OH

HO H

16 17 (93%) 18 (45%)

19 (75%) 18

basiques pour donner l’aziridine 22 avec un rendement quantitatif. L’activité inhibitrice de glycosidases de 22 n’a pas été publiée non plus.

Schéma 5

La dernière stratégie proposée par Martin et ses collaborateurs pour synthétiser des iminosucres de cette classe repose sur la formation de la pipéridine iodée 24 par iodoamination de l’alcène 23, en le traitant par le N-iodo-succinimide (Schéma 6).

Cette réaction conduit à la formation de deux pipéridines iodées dans une proportion 85:15 en faveur de la pipéridine 24. Après débenzylation par l’iodure du trimethylsilyle puis cyclisation en milieu basique du triol 25, l’aziridinyl iminosucre 26 a été obtenu avec un rendement de 90%.

Schéma 6

Cet iminosucre s’est révélé être un inhibiteur d’α-glucosidase de riz (IC

= 10,4 µM), de maltase (IC

= 380 µM), d’isomaltase (IC

= 100 µM) et de sucrase (IC

= 22,3 µM) intestinales de rat.

Il n’inhibe pas les β-glucosidases et α-fucosidases testées (Schéma 6).

27

Goujon, J.-Y.; Gueyrard, D.; Compain, P.; Martin, O. R.; Asano, N. Tetrahedron: Asymmetry

14, 1969−1972.

28

Goujon, J.-Y.; Gueyrard, D.; Compain, P.; Martin, O. R.; Ikeda, K.; Kato, A.; Asano, N. Bioorg. Med. Chem.

2005, 13, 231−2324.

N O O

H OBn

BnO OBn

BnO 1) TMSI, MeCN

80 à 90 ° C 2) H₂O

N H OH

HO OH

HO I

H H

I

N HO

OH OH

H HO

20 21 22

K₂CO₃ H₂O

BnO BnO

OBn 23

NH₂

NIS (1,2 équiv) DCM, 1 h

HN BnO

BnO OBn 24

DCM, 0 ° C à t.a., 16 h

HO N

HO OH

25

H I

HN HO

HO OH

26 (90%)

I

K₂CO₃ (1,8 équiv) H₂O, 4 h

72%, 2 étapes TMSI (8,5 équiv)

25

Inhibiteur α-glucosidase de riz (IC₅₀ = 10,4 µM) maltase intestinale de rat (IC₅₀ = 380 µM) isomaltase intestinale de rat (IC₅₀ = 100 µΜ) sucrase intestinale de rat (IC₅₀ = 22,3 µΜ)

Alves et ses collaborateurs ont réporté une méthodologie intéressante pour accéder aux aziridinyl pipéridines polyhydroxylées basée sur une cycloaddition de Diels-Alder asymétrique entre diènes et azirines (Schéma 7).

Schéma 7

Ils ont par exemple montré que l’aziridinyl pipéridine 29 peut être obtenue à partir du penta-2,4- dienol (27) et de l’azirine 28. La cycloaddition conduit à l’aziridine 29 et à son produit d’ouverture par une molécule d’eau, la pipéridine 30, qui peut être être reconvertie en 29 par traitement par de la N-méthylmorpholine. Après une étape de dihydroxylation diastéréosélective à l’aide du tétraoxyde d’osmium, le triol 31 a été obtenu avec un rendement de 66%. L’hydrolyse basique de l’ester tert-butylique de 31 a conduit à l’aziridine 32, qui ne semble pas avoir été évaluée comme inhibiteur de glycosidases.

II.2. Les 7-azabicyclo[ 4.1.0] heptanes polyhydroxylés

Les aziridinyl iminosucres de type 7-azabicycloheptane ont été beaucoup plus étudiés que ceux de type 1-azabicycloheptane. Ces molécules ont été conçues comme des analogues azotés de certains époxydes cycliques polyhydroxylés (époxydes de cyclitols), tels que l’époxyde de conduritol B (33) et le cyclophellitol (34), dont la capacité à inactiver les glycosidases par formation d’une liaison covalente avec leur site actif a été démontrée dans les années 1960 (Figure 8).

29

Duarte, V. C. M.; Alves, M. J.; Fortes, G. A. Synlett 2014, 25, 1751−1755.

30

(a) Lalégerie, P.; Legler, G.; Yon, J. M. Biochimie 1982, 64, 977−1000. (b) Rempel, B. P.; Withers, S. G.

Glycobiology 2008, 18, 570−586.

OH +

Me₂Zn (1 équiv) Toluène, −20 °C, 8 j

HO N

O Ot-Bu

27 28 29 (22%)

HO N

O Ot-Bu Acetone/ H₂O (8/1)

31 (66%) HO

OH

1) NaOH aq (85 équiv)

2) Résine-H⁺

HO N

O OH

32 (43%) HO

OH (1 équiv) (2 équiv)

(R)-BINOL (1 équiv) MeMgBr (1 équiv)

N O

Ot-Bu

7 h OsO₄ (0,2 équiv)

NMO (1,5 équiv) 1,4-dioxane,10 min

29

HN HO

O Ot-Bu

OH

30 (49%) +

N-méthylmorpholine DCM, 3 h

99%

Figure 8

Les aziridines dérivées du conduritol, mais aussi et surtout du cyclophellitol ont suscité l’intérêt des chercheurs comme inhibiteurs irréversibles de glucosidases en raison de :

ü leur configuration

-gluco qui leur permet d’être reconnus par les glucosidases de façon sélective,

ü leur conformation se rapprochant d’une demi-chaise qui leur permet de mimer l’état de transition oxonium des glucosidases,

ü et leur cycle à 3 chaînons contraint, qui peut être ouvert par un résidu nucléophile du site catalytique de l’enzyme et leur permet ainsi d’être liés de façon covalente à l’enzyme (Schéma 8).

Schéma 8

II.2.1. Aziridines dérivées du conduritol

En 1989, Withers et Caron furent les premiers à synthétiser l’aziridinyl conduritol 35, en deux étapes à partir du 2,3-di-O-mesyl-1,4,5,6-tétra-O-benzyl-myo-inositol (37) (Schéma 9).

La première étape est une substitution régiosélective du mésylate en position axiale de 37 par un ion azoture, pour former le dérivé 38. Ensuite, l’aziridine 35 a été obtenue par hydrogénation catalytique (Schéma 9).

Les conditions employées pour réaliser ces transformations ne sont pas détaillées dans la publication

31

Caron, G.; Withers, S. G. Biochim. Biophys. Res. Commun. 1989, 163, 495−499.

O

OH

HO OH

HO

Cyclophellitol O

HO

OH

HO OH

Conduritol B époxyde

33 34

O O

O O

Inhibiteurs irréversibles de glucosidases HOHO

OH HO

NH H

O O

O O HOHO

O HO NH₂

NH H

OH

HO OH

HO

Cyclophellitol aziridine

ES HO NH

OH

HO OH

Conduritol aziridine 35

36

initiale, mais l’équipe d’Overkleeft les a récemment décrites plus en détail.

L’aziridinyl iminosucre 35 a été caractérisé par RMN. Les protons

CH et

CH résonnent respectivement à δ 2.34 ppm et δ 2.61 ppm, sous forme d’un doublet et d’un doublet dédoublé, avec une constante de couplage de 6,2 Hz. Cet aziridinyl iminosucre 35 s’est révélé être un inhibiteur irréversible de glucosidases, avec des constantes d’inhibition de l’ordre du millimolaire (α-glucosidase de levure : K

= 3 mM; β- glucosidase de Alcaligenes faecalis : K

= 9,5 mM).

Schéma 9

Des analogues alkylés de l’aziridinyl iminosucre 35 ont été récemment synthétisés par l’équipe de Phenix comme inhibiteurs sélectifs de la β-glucosylcéramidase lysosomale humaine (GBA1) qui seraient inactifs vis-à-vis d’autres β-glucosidases humaines (GBA2 et GBA3).

L’objectif était de trouver des inhibiteurs irréversibles (covalents) de cette enzyme, qui pourraient être marqués par du

18

fluor pour le diagnostic de la maladie de Gaucher par imagerie PET. L’azoture 40 a été préparé en deux étapes à partir du myo-inositol tétrabenzylé (39), puis réduit par LAH, pour former l’aziridine 41 avec un rendement de 60% (Schéma 10). Celle-ci a été N-alkylée par divers iodoalcanes en présence de carbonate de potassium, et les N-alkyl-aziridines 42−44 ont été débenzylées dans les conditions réductrices de Birch pour former respectivement les aziridinyl iminosucres 45−47. Ces derniers ont été testés comme inhibiteurs de l’enzyme GBA1, et l’aziridinyl conduritol 47, comportant une chaîne N-octyle, s’est avéré être un inhibiteur irréversible puissant de cette enzyme, avec une constante d’inhibition K

de 4,8 nM. Les auteurs ont également montré que l’aziridinyl iminosucre 47 inhibe sélectivement la β-glucosidase GBA1 par rapport à d’autres glycosidases testées (β-galactosidase, β- hexosaminidase, α et β-mannosidase…).

32

Jiang, J.; Artola, M.; Beenakker, T. J. M.; Schröder, S. P.; Petracca, R.; de Boer, C.; Aerts, J. M. F. G.; van der Marel, G. A.; Codée, J. D. C.; Overkleeft, H. S. Eur. J. Org. Chem. 2016, 3671−3678.

33

Adams, B. T.; Niccoli, S.; Chowdhury, M. A.; Esarik, A. N. K.; Lees, S. J.; Rempel, B. P.; Phenix, C. P. Chem.

Commun. 2015, 51, 11390−11393.

OMs OMs

BnO OBn

BnO

OBn 37

OMs N₃

BnO OBn

BnO

OBn 38

Hydrogénation

HO OH

HO

OH 35

NH

Inhibiteur irréversible

β-glucosidase d'Alcaligenes faecalis (K_i = 9,5 mM) α-glucosidase de levure (K_i = 3 mM) Substitution

nucléophile ¹ ₆

Schéma 10 II.2.2. Aziridines dérivées du cyclophellitol

L’équipe de Tatsuta fut la première à développer des stratégies pour synthétiser le cyclophellitol (34) et ses dérivés aziridines.

L’aziridine 36 a été synthétisée à partir du 1,6-épicyclophellitol (48) (Schéma 11). Celui-ci a été tétrabenzylé, puis le cycle époxyde de 49 a été ouvert par l’azoture de sodium pour former les produits 50 et 51 avec des rendements respectifs de 50 et 25%. Le mélange de ces alcools a été ensuite traité par la triphénylphosphine dans du toluène à chaud (réaction de Staudinger) pour former l’aziridine 52 avec un rendement de 60%. Le cyclophellitol-aziridine 36 a été ensuite obtenu par déprotection des groupements benzyles de l’aziridine 52 dans les conditions réductrices de Birch. L’aziridinyl iminosucre 36 est un inhibiteur irréversible de β-glucosidase d’amande (IC

= 1,26 nM).

Schéma 11

34

Tatsuta, K.; Niwata, Y.; Umezawa, K.; Toshima, K.; Nakata, M. J. Antibiot. 1991, 44, 912−914.

OH OH

BnO OBn

BnO

OBn 39

N₃ OMs

BnO OBn

BnO

OBn 40 (42%)

LiAlH₄ (3 équiv)

BnO OBn

BnO

OBn 41 (60%) 1) MsCl (5 équiv) NH

Py, 1 nuit 2) NaN₃ (1 équiv)

DMF, 2 j

Et₂O, 1 nuit

BnO OBn

BnO

OBn

43 : R = n-Hexyl, 66%

N R

HO OH

HO

OH N

R C₄H₉I ou C₆H₁₃I

ou C₈H₁₇I (0,8 équiv) K₂CO₃ (2,1 équiv) DMF, 50 °C, 1 nuit

42 : R = n-Butyl, 55%

44 : R = n-Octyl, 59%

Na (40 équiv), NH₃ THF, −78 °C, 4 h

45 : R = n-Butyl, 75%

46 : R = n-Hexyl, 44%

47 : R = n-Octyl, 55%

47 : inhibiteur irréversible de glucocéramidase lysosomale humaine (GBA1), K_i = 4,8 nM 41

HO OH

OH 48

BnO OBn

OBn 49 (95%)

BnO OBn

OBn 50 (50%) NaH, BnBr

O HO

DMF, 30 min

O

BnO NaN₃

DMF, 110 °C, 12 h BnO

N₃ OH

BnO OBn

OBn 51 (25%) BnO

OH N₃ +

PPh₃

Toluène, 110 °C, 30 min BnO OBn OBn

NH BnO

52 (60%)

Li, NH₃

Et₂O, −78 °C, 1 h HO OH OH

NH HO

36 (60%) Inhibiteur β-glucosidase d'amande

IC₅₀ = 1,26 nM 50 + 51

Cette équipe a aussi préparé l’isomère 53 de l’aziridinyl iminosucre 36 selon une approche semblable, ainsi que d’autres aziridinyl iminosucres N-alkylés (Figure 9).

Tous ces iminosucres inhibent l’α-glucosidase de levure et la β-glucosidase d’amande de façon irréversible à des concentrations sub-micromolaires.

Figure 9

Le groupe de Llebaria a synthétisé des N-aminoaziridines polyhydroxylées de configuration

-galacto à partir du cyclohexène 57, par aziridination stéréosélective en employant la quinazolinone 58 comme donneur nucléophile d’azote et le diacétate d’iodobenzène (PIDA) comme agent oxydant (Schéma 12).

L’aziridine 59 ainsi obtenue a été traitée par l’hydrazine pour former l’aminoaziridine 60 avec un rendement de 78%. Enfin, l’hydrazone polyhydroxylée 62 a été obtenue par déprotection des groupements benzyles dans les conditions de Birch, puis traitement de 61 par un excès d’acétone. Les N-aminoaziridinyl iminosucres 61 et 62 sont de puissant inhibiteurs irréversibles de la β-galactosidase d’Aspergillus oryzae à des concentrations nanomolaires, tandis qu’ils inhibent la β- galactosidase d’Escherichia coli à des concentrations de l’ordre du micromolaire (Schéma 12).

35

Nakata, M.; Chong, C.; Niwata, Y.; Toshima, K.; Tatsuta, K. J. Antibiot. 1993, 46, 1919−1922.

36

Alcaide, A.; Trapero, A.; Perez, Y.; Llebaria, A. Org. Biomol. Chem. 2015, 13, 5690–5697.

HO OH

OH NH HO

53

HO OH

OH N HO

Me

HO OH

OH N HO

Et

HO OH

OH N HO

n-Bu

54 55 56

α-glucosidase de levure IC₅₀ (µM)

β-glucosidase d'amande IC₅₀ (µM)

0,06

0,48 0,43

0,24

0,08 0,18

0,42 0,08

Schéma 12

Enfin, le groupe qui a le plus développé les aziridinyl iminosucres à squelette 7-azabicycloheptane est celui d’Overkleeft et Aerts, qui a préparé diverses isomères configurationnels des aziridines dérivées du cyclophellitol.

Ils ont fonctionnalisé l’atome d’azote de ces aziridines polyhydroxylées pour leur greffer différents marqueurs, et notamment des groupes fluorescents, dans le but de les utiliser comme sondes mécanistiques de glycosidases.

Le cycle aziridine a été formé par iodocyclisation intramoléculaire stéréocontrôlée. Par exemple, l’alcool 63

a été traité par le trichloroacétonitrile et le DBU pour former un trichloroacétimidate (non montré), qui cyclise en imidate 64 (Schéma 13). L’hydrolyse de cet imidate iodé 64 en milieu acide conduit à une amine primaire, qui cyclise à son tour en conditions basiques pour former l’aziridine 65. Cette dernière a été donc préparée optiquement pure à partir de cyclohexène 63 en 5 étapes avec un rendement global de 60%. Elle a ensuite été déprotégée dans les conditions

37

(a) Li, K.-Y.; Jiang, J.; Witte, M. D.; Kallemeijn, W. W.; van den Elst, H.; Wong, C.-S.; Chander, S. D.;

Hoogendoorn, S.; Beenakker, T. J. M.; Codee, J. D. C.; Aerts, J. M. F. G.; van der Marel, G. A.; Overkleeft, H. S.

Eur. J. Org. Chem.

van den Elst, H.; van Rijssel, E. R.; Codee, J. D. C.; Kallemeijn, W. W.; Aerts, J. M. F. G.; van der Marel, G. A.;

Overkleeft, H. S. Eur. J. Org. Chem.

der Marel, G. A.; van den Elst, H.; Codee, J. D. C.; Aerts, J. M. F. G.; Overkleeft, H. S. Chem. Eur. J.

10861–10869.

38

Kallemeijn, W. W.; Li, K.-Y.; Witte, M. D.; Marques, A. R. A.; Aten, J.; Scheij, S.; Jiang, J.; Willems, L. I.; Voorn- Brouwer, T. M.; van Roomen, C. P. A. A.; Ottenhoff, R.; Boot, R. G.; van den Elst, H.; Walvoort, M. T. C.; Florea, B. I.; Codee, J. D. C.; van der Marel, G. A.; Aerts, J. M. F. G.; Overkleeft, H. S. Angew. Chem., Int. Ed.

12529–12533.

39

Hansen, F. G.; Bundgaard, E.; Madsen, R. J. Org. Chem. 2005, 70, 10139−10142.

OBn

HO OBn

HO

DCM, 0 °C à t.a., 1 nuit K₂CO₃ (10 équiv)

OBn HO

OBn

57 59 (54%)

PIDA (5,5 équiv) N N

O H₂N

Et

58 (5 équiv)

HO

N N N

O Et

N₂H₄ (412 équiv)

120 °C, 20 min HO OBn

OBn 60 (78%) HO

N NH₂

Na (26 équiv), NH₃

THF, −78 °C, 1 h HO OH

OH 61 (91%) HO

N NH₂

OH HO

OH 62 (100%) HO

N N

t.a., 1 nuit O

60

Inhibiteur irréversible β-galactosidase (A. oryzae)

IC₅₀ = 42 nM β-galactosidase (E. coli)

IC₅₀ = 14,8 µM

Inhibiteur irréversible β-galactosidase (A. oryzae)

IC₅₀ = 25 nM β-galactosidase (E. coli)

IC₅₀ = 7,8 µM (3,6 équiv)

réductrices de Birch (Li dissous dans l’ammoniac à −78 °C) avant introduction de bras espaceurs portant un alcyne terminal ou un azoture. Les iminosucres 66 et 67 ont été obtenus avec des rendements respectifs de 20 et 25% sur les deux étapes (Schéma 13).

Schéma 13

Les aziridines N-acylées 66 et 67 ont ensuite été conjuguées avec l’azoture 68 ou l’alcyne 70 respectivement, par réaction “click” de type Huisgen en employant une quantité catalytique d’ascorbate de sodium et de sulfate de cuivre (Schéma 14). Les aziridinyl iminosucres 69 et 71 ont ainsi été isolés avec de faibles rendements de 45 et 17%, mais ils ont été obtenus en quantité suffisante pour déterminer leur pouvoir inhibiteur de glycosidases.

OBn

HO OBn

HO DCM, 0 °C, 2 h

2) NaHCO₃ (10,4 équiv)

N O

I

OBn HO

OBn CCl₃

1) 37% HCl, MeOH, 3,5 h 2) 37% HCl, dioxane, 60 °C, 1 h

NH

OBn

HO OBn

HO

65

63 64

65

2) EEDQ (1 équiv)

N

OH

HO OH

HO

O

66

acide 6-azidohexanoique (1 équiv)

N

OH

HO OH

HO

O

N₃ 1) CCl₃CN (1 équiv)

DBU (0,05 équiv)

H₂O, 1 nuit

I₂ (3,1 équiv) MeOH, 4 j

acide hept-6-ynoïque (1 équiv) DMF, 0 °C, 1,25 h 2) EEDQ (1 équiv)

DMF, 0 °C, 1,25 h

60%, 5 étapes 3) NaHCO₃ (20 équiv)

20%, 2 étapes

67 25%, 2 étapes 1) Li (24 équiv), NH₃

THF, −60 °C, 30 min 1) Li (24 équiv), NH₃ THF, −60 °C, 30 min

EEDQ N OEt

O EtO

Schéma 14

Les conjugués 69 et 71 inhibent de façon irréversible les β-exoglucosidases humaines (GBA1:

glucocérébrosidase lysosomale; GBA2: glucosylcéramidase non lysosomale; GBA3: β-glucosidase cytosolique) avec des IC

de l’ordre du nano et du picomolaire. Ils ont été employés comme sondes pour localiser les β-exoglucosidases humaines dans les cellules du foie, du duodénum, du rein et du cerveau par microscopie de fluorescence.

Ces enzymes sont des cibles thérapeutiques importantes pour le développement de nouveaux médicaments pour traiter certaines maladies lysosomales (maladie de Gaucher) et neuro-dégénératives (maladie de Parkinson). De ce fait, les aziridinyl iminosucres 69 et 71 peuvent être utilisés comme outils de diagnostic de ces maladies.

Le groupe d’Overkleeft et Aerts a également synthétisé des aziridinyl iminosucres de configuration

- galacto (72),

-fuco (74)

et

-gluco (75)

à partir des alcools 57, 73 et 63 (Schéma 15). Ces

40

Willems, L. I.; Beenakker, T. J. M.; Murray, B.; Scheij, S.; Kallemeijn, W. W.; Boot, R. G.; Verhoek, M.; Donker- Koopman, W. E.; Ferraz, M. J.; van Rijssel, E. R.; Florea, B. I.; Codee, J. D. C.; van der Marel, G. A.; Aerts, J. M. F.

G.; Overkleeft, H. S. J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 11622–11625.

41

Jiang, J.; Kallemeijn, W. W.; Wright, D. W.; van den Nieuwendijk, A. M. C. H.; Rohde, V. C.; Folch, E. C.; van den Elst, H.; Florea, B. I.; Scheij, S.; Donker-Koopman, W. E.; Verhoek, M.; Li, N.; Schuermann, M.; Mink, D.;

Boot, R. G.; Codee, J. D. C.; van der Marel, G. A.; Davies, G. J.; Aerts, J. M. F. G.; Overkleeft, H. S. Chem. Sci.

2015, 6, 2782–2789.

N

OH

HO OH

HO

O N N

N ( )3

N N B F

F

N

OH

HO OH

HO

O

66

N₃

N N B F

F

68

DMF, 1 h (1,1 équiv)

CuSO₄ (0,8 équiv) ascorbate de sodium (0,9 équiv)

69 (45%)

N

OH

HO OH

HO

O

N3

67

HN

O NH

O

S

HN NH

H H

O

3 5

N

OH

HO OH

HO

O

N N N

5 3

NH

O H

N O

S

HN NH H

H

O

DMF, 80 °C, 18 h CuSO₄ (0,2 équiv) ascorbate de sodium (0,2 équiv)

70 (1 équiv)

71 (17%)

3