Montréal Trigonix inc. 2018

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Le travail présenté dans ce manuscrit concerne le développement d'une nouvelle stratégie de synthèse d'alcaloïdes polyhydroxylés basée sur une séquence réactionnelle de métathèse cyclisante puis hydroboration-oxydation d'éthers d'énols permettant un accès efficace et sélectif à un diastéréoisomère trans-trans de trois substituants hydroxylés sur le cycle pipéridinique. Après mis au point de cette séquence, la méthodologie a été appliquée à la synthèse totale asymétrique de deux produits naturels : la (+)-castanospermine et la (+)-1-désoxynojirimycine. Une modification de cette stratégie a ensuite été envisagée pour la synthèse de pyrrolidines polyhydroxylées basée cette fois sur une réaction d'hydroboration-oxydation d'énamides cycliques. Les différentes voies explorées pour obtenir ces énamides cycliques (métathèse cyclisante d'énamides, d'ynamides ainsi qu'une séquence réactionnelle métathèse croisée, bromation et couplage) n'ont pas conduit aux substrats attendus. Enfin, une application de la séquence métathèse cyclisante et hydroboration-oxydation d'éthers d'énols a conduit à un précurseur avancé de la synthèse de la D-AB1.

La chimie des radicaux azotés permet d'obtenir d'une manière simple et rapide de nombreux types d'alcaloïdes. Au cours de ce travail, une nouvelle voie d'accès aux 2-imidazolines, précurseurs de diamines vicinales et d'imidazoles, utilisant des radicaux amidinyles et des composés stannylés a été étudiée, puis étendue à des transferts de groupes autres que l'atome d'hydrogène. Dans un deuxième temps, une nouvelle méthode de création de radicaux amidyles par voie photochimique basée sur l'utilisation de xanthates d'hydroxamyle a également été développée. Enfin, une synthèse de l'aspidospermidine, dont le squelette est présent dans de nombreux agents antimitotiques, a été tentée. La rétrosynthèse envisagée reposait sur une cyclisation radicalaire en cascade d'un radical amidyle sur un système provenant d'une réduction de Birch alkylante.

La mise au point et la validation d’une méthode de dosage par CLHP des alcaloïdes majoritaires (cépharanthine,xylopinine, tétrahydropalmatine) de Stephania rotunda sont réalisées. La méthode est appliquée au dosage des alcaloïdesdans différentes parties de la plante. Le tubercule est la drogue végétale la plus riche en alcaloïdes majoritaires, enparticulier en cépharanthine (1%). Le dosage des alcaloïdes majoritaires des tubercules d’origine différente est effectué.La cépharanthine est beaucoup plus concentrée dans le tubercule de Pailin (1,9%). La comparaison de la compositionchimique du tubercule cultivé et sauvage montre des résultats proches. L’isolement de huit alcaloïdes est effectué parChromatographie Flash. Leur structure est déterminée par SM et RMN. La cépharanthine, la xylopinine, latétrahydropalmatine, la palmatine et la roémérine précédemment décrites sont réisolées. La pseudopalmatine, lastéphanine et la vireakine, alcaloïde nouveau, sont décrites pour la première fois dans la plante. L’étude pharmacologiquede S. rotunda montre que la majorité des extraits testés (76%) présentent in vitro une activité antiplasmodiale intéressantesur la souche W2 de Plasmodium falciparum avec une CI50 < 5 μg/ml. La cépharanthine et la pseudopalmatine sont lesalcaloïdes les plus actifs avec une CI50 de 0,7 et 1 μg/ml, respectivement. Les effets sur la croissance in vitro de la soucheW2, des associations alcaloïdes/alcaloïdes et alcaloïdes/molécules antimalariques de référence sont testés. L’étude in vitrodu métabolisme hépatique de la cépharanthine montre la présence d’un métabolite principal M1 cytochrome dépendant.Une importante variabilité inter-individuelle de la formation de M1 est observée. L’étude de la variabilité inter-sexemontre qu’il n’y a pas de différence significative entre homme et femme. Les études in vitro de différentes espècesanimales indiquent une variabilité inter-espèces. L’enzyme responsable de la formation du métabolite M1 est déterminée.Le CYP3A4 est très fortement impliqué dans la métabolisation de la cépharanthine. Enfin, la détermination structurale dumétabolite majoritaire M1 a été réalisée par CDI-SM/SM. Cette étude nous a permis de conclure que la structure dumétabolite M1 correspond à un composé N-déméthylé. / An HPLC method is developed and validated for the simultaneous determination of major alkaloids: cepharanthine,xylopinine, tetrahydropalmatine in tuber of Stephania rotunda Lour. The validated method was successfully applied toquantify the three alkaloids in various parts of the plant. The higher content of major alkaloids, in particularcepharanthine (1%), is found in the tuber of this plant. The major alkaloids of tubers from different regions aredetermined. The cepharanthine is concentrated in tuber of Pailin (1.9%). The comparison of the chemical composition ofcultivated and wild tubers shows similar results. Eight alkaloids were isolated from S. rotunda using FlashChromatography. Their structures are elucidated by MS and NMR. Cepharanthine, xylopinine, tetrahydropalmatine,palmatine and roemerine previously described are reisolated. Pseudopalmatine, stephanine, and vireakine (newaporphine alkaloid) are described for the first time in the plant. Pharmacological study of S. rotunda shows that themajority of extracts (76%) exert in vitro antiplasmodial activity against a chloroquine resistant strain of Plasmodiumfalciparum (W2) with IC50 < 5 μg/ml. Cepharanthine and pseudopalmatine display significative activity with IC50 valuesof 0.7 and 1 μg/ml, respectively. Isobol experiments are performed with W2 strain by combination of alkaloids/alkaloidsand alkaloids/antimalarial reference molecules. In vitro metabolism study of cepharanthine using human liver microsomesshows the cytochrome-dependant formation of a major metabolite M1. Enzymatic kinetics were investigated with pooledhuman liver microsomes to determine Michaelis-Menten constants. Important inter-individual variability of cepharanthinemetabolism is observed. In vitro studies indicate an important inter-species variability. The enzyme responsible for theformation of M1 metabolite is investigated. This study shows that CYP3A4 is involved in the metabolism of thecepharanthine. The structure of M1 metabolite, identified by CDI-MS/MS, corresponds to a N-desmethyle derivative ofcepharanthine.

18821\u Au cours de la première partie de ce travail, nous avons fait l'extraction des feuilles d'une plante appelée Buxus wallichiana Baill. afin d'en étudier le contenu en alcaloïdes (les buxacées contiennent habituellement des alcaloïdes de type stéroïdien). En utilisant les méthodes courantes d'isolation et de purification nous avons obtenu cinq produits d'une pureté statisfaisantes. Grâce à l'études des propriétés spectroscopiques de ces bases ainsi qu'à de judicieuses comparaisons avec les données existant dans la littérature, nous sommes parvenu à identifier quatre de ces bases : ce sont la cyclovirobuxine-D (4), la cyclobuxine-D (7), la cycloprotobuxine-C (8), et la buxtauine (10). L'insolubilité de la cinquième base dans les solvants usuels nous a empêché d'obtenir toutes les données spectroscopiques nécessaires à son identification; en conséquence nous n'avons proposé qu'une structure partielle pour cet alcaloïde. Notre intérêt s'est ensuite tournée vers la synthèse de l'alcaloïde fawcettimine (1). L eplan de notre synthèse prévoit une réaction de Diels-Alder entre deux fragments dont l'union doit mettre en place le nombre requis d'atomes de carbone... / Montréal Trigonix inc. 2018

Cette thèse s’inscrit dans le cadre de l’étude de la relation structure-activité d’analogues de ligands naturels de récepteurs nicotiniques et purinergiques. Ce travail se divise en deux parties. Dans la première partie de cette thèse, nous avons réalisé la synthèse d’analogues de la 11-homosédinone, alcaloïde isolé de la plante Sedum acre, qui présente une activité agoniste sur différents récepteurs nicotiniques du système nerveux central. Les différents analogues ont été synthétisé par application de la méthoxylation anodique pour introduire succesivement deux substituants en postion 2 et 6 d’un noyau pipéridinique. Les analogues synthétisés se différencient par la nature du noyau aromatique, la présence d’un groupement méthyle sur l’atome d’azote de la pipéridine et l’oxydation du sustituant en position 2. Ce travail a notamment permis de montré l’importance du groupement N-méthyle vis-à-vis de l’activité des analogues. Nous avons également pu mettre en évidence que l’introduction d’un halogène sur le noyau aromatique diminuait l’activité de l’analogue sur le récepteur a7 tout en augmentant l’acitivité sur le récepteur a4b2 et que l’introduction d’un noyau furanique permettait d’augmenter la sélectivité vis-à-vis du récepteur a4b2 tandis que l’introduction sur le noyau aromatique d’un groupement nitro ou méthoxy conduit à une perte totale de l’activité. Dans la seconde partie de cette thèse, nous avons réalisé la synthèse d’analogues de la dATP, afin d’évaluer leur effet agoniste sur le récepteur P2Y11, impliqué dans différents mécanismes de différentiation cellulaire, dont notamment celui de la maturation des cellules leucémiques HL60 en cellules de type neutrophile. Les analogues synthétisés se différencient de la dATP par la présence d’un groupement méthylène ou dichlorométhylène entre les phosphores b et g de la chaîne polyphosphate, ainsi que par l’estérification de l’alcool en position 3’ du sucre. Ce travail a pu confirmer que les analogues en série 2’-désoxy conduisent à de meilleures activités que ceux de la série 2’-OH. Nous avons également pu montrer que l’estérification de la position 3’ conduit à une diminution de l’activité agoniste, à l’exception du groupement a-naphtoyle qui conduit à une augmentation significative de l’activité sur P2Y11.

L’acquisition rapide de résistance aux antibiotiques par Staphylococcus aureus force le milieu hospitalier dans ses derniers retranchements au niveau des traitements antibactériens. Afin de pallier à ce problème, il est important de continuer à innover dans le développement de composés antibiotiques possédant des mécanismes d’action novateurs. Le groupe de François Malouin a récemment démontré que la tomatidine possède une activité antibactérienne et antivirulence contre différentes souches de Staphylococcus aureus, ainsi qu’un potentiel synergique avec les antibiotiques de la famille des aminoglycosides. La cible biologique et le mécanisme d’action de la tomatidine étant à ce jour inconnus, nous avons synthétisé une librairie de 34 analogues dans le but de comprendre la relation structure-activité de ce composé contre les souches persistantes de Staphylococcus aureus, ainsi que dans le but d’améliorer son activité biologique et mieux comprendre son mécanisme d’action. En nous basant sur l’hypothèse que le squelette stéroïdien standard servait principalement de support pour orienter les groupements pharmacophores, nous avons concentré les modifications chimiques sur les pharmacophores eux-mêmes, soit à la fonction hydroxyle en position 3 du cycle A, mais aussi à la fonction spiroaminocétale constituant les cycles E et F de la tomatidine. Les modifications de l’hydroxyle ont été effectuées à partir de la tomatidine elle-même. Nous avons testé l’effet de l’inversion de configuration, de l’allylation, de l’oxydation et de la substitution par différentes amines en cette position. Les modifications sur la fonction spiroaminocétale ont été synthétisées à partir de la tomatidine elle-même, mais également à partir de l’acétate de prégnénolone, un précurseur largement utilisé en chimie stéroïdienne. Dans le premier cas, les modifications ont consisté à synthétiser des analogues de la fonction spiroaminocétale bloquée en conformation fermée, ouverte ou partiellement ouverte. Dans le second cas, les modifications ont porté sur la synthèse d’analogue de la forme ouverte de la fonction spiroaminocétale. Tous les produits synthétisés ont été envoyés au laboratoire du Pr François Malouin afin d’être testés pour leur activité biologique. Les composés ont été testés afin de quantifier leur activité biologique contre S. aureus, seul ou en synergie avec la gentamicine, et également pour quantifier leur activité biologique contre les variantes de petite colonie de S. aureus, un phénotype bactérien souvent associé à des infections récurrentes et difficiles à traiter. Ces tests ont été effectués par Isabelle Guay, étudiante à la maîtrise en biologie à l’Université de Sherbrooke. Cette étude a mené à l’établissement des fondements de la relation structure-activité de la tomatidine envers S. aureus, ainsi qu’à la découverte de certains composés présentant une activité biologique améliorée. Ce travail a permis la rédaction d’un article scientifique intitulé « Unraveling the structure-activity relationship of tomatidine, a steroid alkaloid with unique antibiotic properties against persistent forms of Staphylococcus », soumis à European Journal of Medicinal Chemistry en juillet 2013, qui est présenté en ce mémoire.

Les travaux réalisés pendant cette thèse ont porté sur deux thématiques indépendantes.Les deux premières parties concernent la thématique " alcaloïdes de Vinca ", molécules d'origine naturelle aux propriétés anticancéreuses. Les travaux ont tout d'abord porté sur la synthèse d'analogues oxygénés de la 20,20-difluorocatharanthine, comme précurseurs d'alcaloïdes dimères originaux de Vinca. Bien que les voies de synthèses explorées n'aient pas conduit aux dérivés oxygénés souhaités, les différents résultats obtenus ont cependant permis de montrer que la présence du groupement gem-difluoré sur le squelette de la catharanthine changeait dramatiquement la réactivité du substrat de manière imprévisible. La deuxième partie de ce travail a été dédiée à l'élucidation du mécanisme de fluoration d'alcaloïdes dimères de Vinca en milieu superacide. Le marquage isotopique au deutérium a permis de discriminer deux hypothèses mécanistiques et de valider le mécanisme de fluoration passant par une migration 1,2 d'hydrure dont la contribution minimale est de 20 %. Enfin, la troisième partie de ce travail a été consacrée à la synthèse asymétrique de la (R)-méquitazine. La synthèse de cette dernière s'est basée sur la chiralité déjà " imprimée " dans le squelette d'alcaloïdes de cinchona. La synthèse de la (R)-méquitazine dont les excès énantiomériques finaux sont supérieurs à 99% a été conclue en 8 étapes à partir de la quinine, confirmant le contrôle total du centre asymétrique tout au long de la synthèse.