Synthèse de nouveaux iminosucres et évaluation de leur activité inhibitrice de glycosidases

268 Pages·2017·3.63 MB·French

by  Julien Boisson

THÈSE
Pour obtenir le grade de
DOCTEUR DE L’UNIVERSITÉ DE GRENOBLE
Spécialité : Chimie Organique
Arrêté ministériel : 7 août 2006
Présentée par
Julien BOISSON
Thèse dirigée par Sandrine PY
préparée au sein du Département de Chimie Moléculaire (DCM)
dans l'École Doctorale Chimie et Science du Vivant

Synthèse de nouveaux
iminosucres et évaluation de
leur activité inhibitrice de
glycosidases

Thèse soutenue publiquement le 18 décembre 2014,
devant le jury composé de :

Pr. Sylvain COTTAZ Président
Professeur, Centre de Recherche des Macromolécules Végétales, Grenoble
Pr. Jean-Bernard BEHR Rapporteur
Professeur, Institut de Chimie Moléculaire de Reims, Reims
Dr. Alejandro PEREZ-LUNA Rapporteur
Chargé de Recherche, Institut Parisien de Chimie Moléculaire, Paris
Pr. Olivier PIVA Examinateur
Professeur, Institut de Chimie et Biochimie Moléculaires et
Supramoléculaires, Lyon
Dr. Sandrine PY Examinateur
Chargée de Recherche, Département de Chimie Moléculaire, Grenoble

Université Joseph Fourier

Remerciements
Je tiens tout d’abord à remercier le Professeur Sylvain COTTAZ, le Professeur Jean-
Bernard BEHR, le Docteur Alejandro PEREZ-LUNA et le Professeur Olivier PIVA d’avoir
accepté de juger ce travail de thèse.
Je remercie à nouveau le Professeur Jean-Bernard BEHR pour les tests biologiques
qu’il a effectués afin de mettre en évidence l’activité inhibitrice de glycosidases des produits
que j’ai synthétisés.
J’aimerais tout particulièrement remercier le Docteur Sandrine PY pour m’avoir confié
ce projet, pour m’avoir accordé sa confiance et également pour l’aide qu’elle m’a apportée
durant ces trois années.
Je souhaiterais également remercier le Docteur Alice Kanazawa pour son aide et
notamment la relecture de mon manuscrit et les commentaires qu’elle a pu faire.
Je tiens à adresser ma reconnaissance aux personnels administratifs et techniques ainsi
qu’aux services d’analyse du DCM, grâce à qui les travaux de recherche peuvent être réalisés
dans les meilleures conditions.
J’adresse mes remerciements à l’ensemble des personnels permanents du DCM et
notamment à l’ensemble du personnel de l’équipe SeRCO pour m’avoir accueilli dans leur
équipe et d’avoir accepté que je place des « y » un peu partout dans mes phrases. J’aimerais
remercier une personne tout particulièrement qui a été une super voisine de labo. Et oui je
parle de toi Pascale. Une personne avec de grandes qualités, toujours de bons conseils, merci
pour ton soutient et pour les discussions que l’on a pu avoir. Quand tu veux pour une petite
sortie ski de fond.
Durant ces trois années, j’ai eu la chance de faire de belles rencontres. Ces personnes
m’ont beaucoup plu par leur naturel.
Je commencerais par les anciens : Jérôme, Fred, Emilien, Simon, Rémi, Flavien et
Charlie. Vous aviez tous vos personnalités (un peu fofolle pour certains), j’ai passé de bons
moments que ce soit au labo ou en soirée. J’espère que l’on gardera contact.
Ensuite la crème de la crème : Pauline et Marta. Tout d’abord Paupau : j’ai passée de
super moment en ta compagnie. Je te remercie encore pour m’avoir accueilli chez toi pendant
trois semaines, c’était très agréable d’être ton « colloc ». Il faudra que tu me donne ton secret
pour avoir autant la pêche : travailler autant au labo et faire autant d’activités en dehors, je
soupçonne que tu te drogues… Marta « mon espagnole préférée », merci pour ces supers
moments passés à essayer de communiquer dans une langue que seul toi et moi pouvions
comprendre « ah kikikikiki », ces moments passés à rigoler, à se remotiver aussi lorsque l’un
de nous avait une perte de motivation. Ne changes rien…
Je voudrais dire aussi un grand merci à la relève : Evelyn, Aude, Lorène, Audrey.
Evelyn, ma pote de l’aventure. Tu as toujours su mettre l’ambiance au labo, entre les petits
messages (dessins) cachés sur mes ballons ou les petites surprises que j’avais en fond d’écran
sur mon ordinateur. Aude, malgré ton petit côté un peu râleur, j’ai bien apprécié ta
compagnie. Je te remercie aussi pour ta franchise « elle est nulle ta diapo » et j’espère que tu
continueras à transmettre la langue des animaux, je te fais confiance. Lorène, derrière ton côté
sérieux se trouve une personne très sympathique. Au moins il y a quelqu’un pour remonter le
niveau (n’est ce pas Evelyn). Audrey, quant à toi, j’ai bien apprécié ton côté franc, direct.
Méfies toi de l’azote liquide, ça brûle. En tout cas, je vous souhaite à toutes les quatre le
meilleur pour la suite.
Avant de terminer, j’aimerai vraiment remercier ma famille (mon papa Michel, ma
maman Éliane, mon frère Nicolas et la petite dernière Alexendrie) car sans forcément s’en
rendre compte ont contribué à ce travail. Depuis mon tout jeune âge vous m’avez toujours
poussé à travailler, à donner le meilleur de moi-même et donc si j’en suis là aujourd’hui c’est
aussi grâce à vous.
Et bien sûr, je dois aussi te dire un grand merci à toi, Laure, pour tout ce que tu fais
pour moi depuis ces années. Tu as toujours été là dans les moments difficiles (et dans les bons
aussi), tu as toujours trouvé une façon de me remonter le moral et de faire en sorte que je ne
lâche pas.
Table des matières
Abréviations et Acronymes ................................................................................ 1
Introduction ................................................................................................. 7
CHAPITRE I Les iminosucres, des inhibiteurs de glycosidases d’intérêt
thérapeutique ................................................................................................. 9
I. Les oligosaccharides et leurs rôles biologiques ........................................................ 9
I.1. Généralités......................................................................................................................................... 9
I.2. Structure et biosynthèse des glycoprotéines .................................................................................... 10
I.2.a. Glycoprotéines N-glycosylées .................................................................................................... 10
I.2.b. Glycoprotéines O-glycosylées .................................................................................................... 11
I.3. La modification de la biosynthèse ou de la biodégradation des oligosaccharides et glycoconjugués
comme stratégie thérapeutique ..................................................................................................................... 12
II. Les glycosidases ......................................................................................................... 16
II.1. Définition et classification .............................................................................................................. 16
II.2. Structure et mécanisme d’action des glycosidases .......................................................................... 17
II.3. Inhibition de glycosidases ............................................................................................................... 18
II.3.a. Evaluation du pouvoir inhibiteur d’une molécule ....................................................................... 19
II.3.b. Conception d’inhibiteurs de glycosidases ................................................................................... 20
III. Les iminosucres ......................................................................................................... 22
III.1. Définition et mode d’action ............................................................................................................. 22
III.2. Structure chimique des iminosucres ................................................................................................ 24
III.3. Principaux iminosucres naturels et analogues synthétiques ............................................................ 25
III.3.a. Les pipéridines ....................................................................................................................... 25
III.3.b. Les pyrrolidines ...................................................................................................................... 26
III.3.c. Les indolizidines ..................................................................................................................... 27
III.3.d. Les pyrrolizidines ................................................................................................................... 29
III.3.e. Les nortropanes ...................................................................................................................... 30
III.4. Autres classes d’iminosucres synthétiques ...................................................................................... 31
III.4.a. Les azépanes ........................................................................................................................... 31
III.4.b. Les azocanes ........................................................................................................................... 32
III.4.c. Les azétidines ......................................................................................................................... 32
III.4.d. Les conidines .......................................................................................................................... 33
III.4.e. Les quinolizidines ................................................................................................................... 34
IV. Résumé ....................................................................................................................... 35
CHAPITRE II Synthèses d’iminosucres, rappels bibliographiques ......... 37
I. Les nitrones, généralités ........................................................................................... 39
I.1. Structure et réactivité ...................................................................................................................... 39
I.2. Voies de synthèse des nitrones cycliques ........................................................................................ 42
I.2.a. Oxydation d’amines secondaires ................................................................................................ 42
I.2.b. Oxydation d’hydroxylamines ...................................................................................................... 44
I.2.c. Oxydation d’imines ..................................................................................................................... 45
I.2.d. N-alkylation d’oximes ................................................................................................................. 46
I.3. Particularité des nitrones cycliques à 6 chaînons ............................................................................ 48
II. Synthèses d’iminosucres employant des nitrones .................................................. 51
II.1. Cycloaddition 1,3-dipôlaire ............................................................................................................. 51
II.1.a. À partir de nitrones cycliques polyalcoxylées à 5 chaînons ........................................................ 51
II.1.b. À partir de nitrones cycliques polyalcoxylées à 6 chaînons ........................................................ 56
II.2. Umpolung de nitrones et couplages réducteurs ............................................................................... 58
II.3. Réactions d’additions nucléophiles sur des nitrones ....................................................................... 60
II.3.a. Généralités .................................................................................................................................. 60
II.3.b. Quelques exemples en synthèse d’alcaloïdes polyhydroxylé / iminosucres ............................... 61
II.3.c. Stéréosélectivité des additions nucléophiles sur les nitrones cycliques à 5 chaînons ................. 66
(cid:1) Rôle du substituant en C-3 des nitrones ...................................................................................... 66
(cid:1) Rôle des additifs de type acides de Lewis ................................................................................... 68
(cid:1) Rôle du substituant en C-5 des nitrones ...................................................................................... 73
II.3.d. Stéréosélectivité des additions nucléophiles sur les nitrones cycliques à 6 chaînons ................. 74
II.3.e. Cas des imines cycliques à 6 chaînons ........................................................................................ 78
III. Résumé ....................................................................................................................... 79
CHAPITRE III : Synthèse et utilisation de cétonitrones cycliques à six
chaînons dérivées de sucres pour la synthèse d’iminosucres. ....................... 81
I. Objectifs de ce travail ............................................................................................... 81
II. Rappel sur la synthèse de cétonitrones cycliques à 6 chaînons ............................. 86
III. Amélioration de la synthèse des cétonitrones 165 et 42 ......................................... 88
III.1. Essais d’isomérisation des oximes Z en oximes E .......................................................................... 88
III.1.a. Conditions acides ................................................................................................................... 90
III.1.b. Conditions basiques ................................................................................................................ 92
III.2. Autres voies de synthèse pour les nitrones 165 et 42 ...................................................................... 93
III.2.a. Via une oxime O-méthylée ..................................................................................................... 93
III.2.b. Via une oxime non protégée ................................................................................................... 99
III.2.c. Via une cétone mésylée ........................................................................................................ 100
III.2.d. Via une bromo-cétone........................................................................................................... 101
III.3. Conclusion .................................................................................................................................... 104
IV. Réactivité des cétonitrones 165 et 42 vis-à-vis d’organométalliques ; Synthèse
diastereoselective de pipéridines vinyliques quaternaires en alpha de leur atome
d’azote ................................................................................................................................ 104
IV.1. Addition nucléophile d’un groupe vinyle sur la nitrone 165 ......................................................... 106
IV.1.a. Effets du solvant ................................................................................................................... 108
IV.1.b. Effets des additifs ................................................................................................................. 109
IV.1.c. Application à la nitrone 42 ................................................................................................... 117
IV.1.d. Conclusion ............................................................................................................................ 119
V. Synthèse d’indolizidines à partir de N-allyl-2-vinyl-pipéridines ........................ 119
V.1. Rappels sur la métathèse d’oléfines .............................................................................................. 119
V.2. La métathèse cyclisante pour la synthèse d’indolizidines polyhydroxylées .................................. 121
V.3. Synthèse de pipéridines précurseurs pour la réaction de métathèse cyclisante ............................. 123
V.3.a. Formation de pipéridines N-acryloylées et premiers essais de métathèse cyclisante ................ 124
V.3.b. N-Allylation des 2-vinylpipéridines a ,a -disubstituées ............................................................. 126
V.4. Etude de la métathèse cyclisante des N-allyl-2-vinyl-pipéridines 252-255 ................................... 127
V.4.a. Mise au point de la méthode ..................................................................................................... 127
V.4.b. Métathèse cyclisante sur les composés 252-255 ....................................................................... 129
V.4.c. Instabilité des produits de métathèse ........................................................................................ 133
V.4.d. Hydrogénation ménagée des produits de métathèse ................................................................. 135
V.4.e. Métathèse cyclisante combinée à l’hydrogénation.................................................................... 136
V.5. Hydrogénolyse des éthers benzyliques .......................................................................................... 139
V.6. Conclusion .................................................................................................................................... 141
VI. Dihydroxylation des indolizidines 1,2-insaturées 256-259 .................................. 142
VI.1. Dihydroxylation en conditions “classiques” ................................................................................. 142
VI.2. Origine des produits secondaires et essais d’optimisation ............................................................ 145
VI.3. Tentative de métathèse cyclisante et dihydroxylation “en un seul pot” ........................................ 147
VI.4. Isolement et hydrolyse de complexes osmiques ............................................................................ 149
VI.5. Dihydroxylation du lactame insaturé 266...................................................................................... 153
VI.6. Etude de l’oxydation d’indolizidines 1,2-insaturées en lactames .................................................. 156
VI.7. Configuration des diols obtenus .................................................................................................... 158
VI.8. Conclusion sur la dihydroxylation des intermédiaires 256-259 .................................................... 160
VI.9. Débenzylation des produits dihydroxylés: obtention d’indolizidines hexahydroxylées substituées en
position 8a .................................................................................................................................................. 161
VII. Synthèse de N-alkyl-pipéridines 2,2-disubstituées tetrahydroxylées ................. 162
VIII. Conclusion sur la synthèse de nouveaux iminosucres possédant un centre
quaternaire en alpha de leur atome d’azote ................................................................... 166
CHAPITRE IV Evaluation de l’activité inhibitrice de glycosidases des
nouveaux iminosucres synthétisés ................................................................. 169
I. Introduction ............................................................................................................. 169
II. Inhibition de glycosidases par les iminosucres synthétisés ................................. 170
II.1. Description des tests enzymatiques ............................................................................................... 170
II.1. Résultats pour les composés préparés à partir du D-fructose ......................................................... 171
II.2. Résultats pour les composés préparés à partir du L-sorbose .......................................................... 173
II.2.a. Activité inhibitrice des indolizidines polyhydroxylées 183, 184, 188 ...................................... 174
II.2.b. Activité inhibitrice des pipéridines polyhydroxylées 191, 192 ................................................. 177
III. Rappels bibliographiques sur l’inhibition de mannosidases et de glucosidases 177
III.1. Inhibiteurs de mannosidases .......................................................................................................... 178
III.1.a. La manno-NJ et ses dérivés .................................................................................................. 180
III.1.b. La 6-épi-castanospermine et ses dérivés ............................................................................... 180
III.2. Inhibiteurs de glucosidases ............................................................................................................ 182
III.2.a. La NJ et ses dérivés .............................................................................................................. 182
III.2.b. La castanospermine et ses dérivés ........................................................................................ 187
III.3. Récapitulatif sur la relation structure-activité d’inhibiteurs de mannosidases et glucosidases ..... 190
III.4. Discussion ..................................................................................................................................... 192
Conclusion et perspectives .............................................................................. 195
Partie expérimentale ....................................................................................... 201
Références bibliographiques .......................................................................... 243
Abréviations et Acronymes

Abréviations et Acronymes

Ac acétyle
acac acétylacétonate
ACS acide camphre sulfonique
ADN acide désoxyribonucléique
AL acide de Lewis
Arg arginine
ARN acide ribonucléique
Asn asparagine

Bn benzyle
Bu butyle
Bz benzoyle

CAZy Carbohydrate Active enZyme
CCM Chromatographie sur Couche Mince
CPME cyclopentyl méthyl éther

DAB 1,4-didésoxy-1,4-imino-D-arabinitol
DCC dicyclohexylcarbodiimide
DCE dichloroéthane
DCM dichlorométhane
DEAD azodicarboxylate de diéthyle
1 | P a ge
Abréviations et Acronymes

DFT density functional theory
DGJ 1-désoxygalactonojirimycine
DMAP 4-diméthylaminopyridine
DMDP 2,5-dihydroxyméthyl-3,4-dihydroxypyrrolidine
DMF diméthylformamide
DMJ 1-désoxymannojirimycine
DNJ 1-désoxynojirimycine
DO densité optique
DIX 1,5-didéoxy-1,5-iminoxylitol

E.C. enzyme classification
ERManI mannosidase I du réticulum endoplasmique
Et éthyle

Fuc fucose

G-I catalyseur de Grubbs de première génération
G-II catalyseur de Grubbs de seconde génération
G-III catalyseur de Grubbs de troisième génération
Gal galactose
Glc glucose
GalNAc N-acétylgalactosamine
GlcNAc N-acétylglucosamine

HFIP hexafluroisopropanol
HG-I catalyseur de Hoveyda-Grubbs de première génération
2 | P a ge