Alcaloïdes marins granulatimide et isogranulatimide, inhibiteurs potentiels du checkpoint G2

Synthèse chimique de nouveaux analogues de la granulatimide 

Au cours de ce travail visant à définir des analogues de la granulatimide, nous nous sommes intéressés à deux types de cœurs hétérocycliques, à savoir (Figure 15): (i) des analogues pentacycliques, pour lesquels la diversification a été envisagée via la substitution du noyau imidazole E par un noyau pyrrole ou pyrazole (X) et l’introduction de divers substituants (R1 et R2). (ii) des analogues tétracycliques, pour lesquels le cycle A a été supprimé et les cycles B et E ont été substitués par deux hétérocycles à cinq chaînons pouvant être un noyau pyrrole, pyrazole, imidazole ou un deuxième maléimide (Y et Z). Figure 15 : Structure des dérivés de la granulatimide ciblés Synthèse chimique de nouveaux analogues de la granulatimide 

 SYNTHESE D’ANALOGUES PENTACYCLIQUES DE LA GRANULATIMIDE 

Dans cette première partie, nous avons choisi de nous intéresser à deux séries d’analogues pentacycliques des composés naturels granulatimide et isogranulatimide, à savoir une série pyrrole et une série pyrazole (Figure 16). Dans la « série pyrrole », le cycle imidazole a été remplacé par un cycle pyrrole, tandis que dans la « série pyrazole », ce même cycle imidazole a été remplacé par un cycle pyrazole. Dans cette dernière série, deux types de structures régioisomères A et B ont été envisagées selon la position des deux atomes d’azote de l’unité pyrazole introduite. Figure 16 : Structure des séries pentacycliques envisagées Le « design » de ces trois séries a été guidé à la fois par les données relatives aux relations protéines/ligand montrant le rôle crucial du motif maléimide pour l’ancrage du substrat dans le site catalytique de la Chk1 ainsi que par les relations structure/activité disponibles dans la littérature.48,49,47 Quatre substituants différents (R1 = H, OH, Me et OMe) en position para de l’azote de l’indole ont été étudiés. Le choix des substituants OH et Me s’est fait par analogie avec une autre série développée par Prudhomme dans laquelle le cycle imidazole a été remplacé par un deuxième motif maléimide.50 Ces composés sont les analogues de la granulatimide qui, à notre connaissance, inhibent la Chk1 avec le plus d’efficacité (IC50 = 2 et 8 nM) (Figure 17). Synthèse chimique de nouveaux analogues de la granulatimide 1 Figure 17 : Meilleurs inhibiteurs de la Chk1 synthétisés par l’équipe de Prudhomme I. Synthèse des analogues pyrroles Une série de composés de la famille « pyrrole » a déjà été proposée par le groupe de Prudhomme.21 En nous appuyant sur ce travail, nous souhaitions d’une part nous familiariser avec les différentes voies de synthèse proposées pour accéder à ce type de composés mais aussi proposer des analogues originaux. Figure 18 : Structure de la série pyrrole Parmi les composés envisagés, deux ont déjà été décrits (R1 = H et OH, R2 = H), les trois autres (R1 = OMe et Me, R2 = H, R1 = OMe, R2 = Me) étant originaux. Le dernier composé (R1 = OMe, R2 = Me) dans lequel l’azote du maléimide porte un groupement méthyle a été étudié pour servir d’élément « négatif » aux tests. En effet, ce composé ne devrait pas présenter d’activité vis-à-vis de la Chk1, le NH du maléimide jouant un rôle crucial dans l’ancrage de la molécule au site actif de l’enzyme.48 Pour accéder à ce type de composés, Prudhomme et al. ont envisagé le schéma de rétrosynthèse suivant : le squelette 4 de cette série pyrrole est construit sur la base d’une réaction de couplage d’un noyau indole avec le pyrrole, l’adduit 2 obtenu étant ensuite couplé au maléimide pour fournir 3 qui est finalement cyclisé en 4. Schéma 7 : Schéma rétrosynthétique décrit par Prudhomme et al. 

 Préparation des intermédiaires 

1 : bromation régiosélective de noyaux indoliques (Schéma 7) La bromation de la position 3 de l’indole a été décrite à plusieurs reprises avec divers systèmes de bromation : KBr-H5IO6, 51 bromosuccinimide,52 dioxane dibromé53 ou DMSOMe3SiBr54 . La méthode la plus facile à mettre en œuvre a été celle décrite par Bocchi et ses collaborateurs, les conditions décrites consistant en l’addition de Br2 goutte à goutte sur une solution d’indole substitué dans le DMF jusqu’à ce que persiste la couleur, la réaction est alors considérée comme totale (Schéma 8). Il est à noter que la régioséléctivité de la bromation respecte les règles de substitution électrophile aromatique d’un noyau indole, l’introduction du brome se faisant en position 3. Schéma 8 : Réaction de bromation des indoles substitués Grâce à cette méthode, nous avons préparé les 3-bromoindoles 1a-c diversement substitués : – 1a a été obtenu à l’état solide avec un bon rendement de 85 % après traitement du milieu réactionnel par de l’ammoniaque puis isolement du produit par simple filtration. – la précipitation de 1b et 1c n’ayant malheureusement pas été observée, une étape d’extraction au CH2Cl2 s’est avérée nécessaire. Après évaporation des phases organiques, 1b et 1c ont été isolés en présence de traces de DMF et engagés tels quels dans l’étape suivante. En effet, leur faible stabilité sous l’effet de la chaleur et/ou de la lumière ne nous a pas permis d’évaporer le DMF sans les détruire. En 2007, Prudhomme et al. ont aussi utilisé cette méthode en soulignant déjà la faible stabilité de ce type de dérivés.

Préparation des unités indolopyrroles 2 (Schéma 7)

 Les unités 2-indolopyrroles 2a-c ont été préparées par condensation acido-catalysée des 1a-c avec le pyrrole dans les conditions décrites par Bocchi et al., à savoir dans le dichlorométhane catalysé par le TFA à température ambiante (Schéma 9).56 Si le mélange de réactifs est équimolaire, les auteurs ont observé la formation du produit de bicondensation 2’. Ce problème est facilement contournable via l’utilisation d’un large excès de pyrrole, à savoir 2 équivalents de pyrrole pour un équivalent d’indole bromé 1. Schéma 9 : Préparation des indolo-pyrroles substitués Dans ces conditions, nous avons pu préparer les trois unités indolopyrrole 2a-c, 2a ayant été obtenu à partir de 1a avec un bon rendement de 75 % alors que 2b et 2c ont été obtenus avec des rendements plus modestes, de respectivement 59 % et 30 % (rendements calculés sur deux étapes à partir de l’indole commercial) (schéma 9). Il est à noter que la faible stabilité des bromoindoles 1a-c conjuguée à la forte réactivité du pyrrole ont fait de cette réaction une étape délicate. En effet, en seulement 20 minutes, nous avons observé une disparition totale des précurseurs 1a-c pour donner les adduits 2a-c mais aussi un produit de dégradation du pyrrole par polymérisation en milieu acide. D’un point de vue mécanistique, cette condensation consiste formellement en une substitution électrophile aromatique du noyau pyrrole par l’électrophile 1a’ issu de la protonation régiosélective du motif 3-bromoindole 1a (Schéma 10). Une fois la liaison C-C formée, l’élimination de HBr permet de réaromatiser le squelette indole et de fournir l’unité 2- pyrroloindole 2a désirée. Il est à noter que la régiosélectivité de la transformation respecte les règles de substitution électrophile aromatique propre au noyau pyrrole, l’addition de l’indole se faisant en position 2. Schéma 10 : Mécanisme de formation de l’indolo-pyrrole 2a 

 Préparation des intermédiaires acycliques 3 (schéma 7) 

Initialement, la stratégie envisagée faisait intervenir une cycloaddition de type Diels-Alder, entre le diène 2 et le maléimide jouant le rôle de diénophile (Schéma 11). Ainsi, à l’instar de Barry et al57 , nous avons tenté de synthétiser le cycloadduit 3’ via la réaction de 2 avec le maléimide. Malheureusement, même en présence d’un large excès de diénophile dans le toluène à 140 °C sous pression, la formation du cycloadduit 3’ n’a pas été observée. Dans ces conditions, le seul produit détecté a été l’adduit acyclique 3a issu de l’addition de Michael de 2a sur le motif maléimide. Synthèse chimique de nouveaux analogues de la granulatimide Schéma 11 : Obtention de l’intermédiaire 3 Suite à ce résultat, nous avons décidé d’adopter la stratégie de Prudhomme et al. en faisant justement intervenir ce type d’intermédiaires acycliques 3. 58 Par conséquent, en appliquant les conditions décrites par Prudhomme (réaction dans le toluène à reflux en présence d’une quantité catalytique de SnCl2,2H2O), les intermédiaires acycliques 3a-d constitués des trois unités pyrrole-indole-succinimide, ont été préparés avec des rendements moyens (28 – 59 %) (Schéma 12). Schéma 12 : Préparation des intermédiaires acycliques Le mécanisme associé à cette réaction consiste à faire réagir l’unité indole de 2a en tant que nucléophile et le maléimide préalablement activé par le SnCl2 en tant qu’électrophile (Schéma 13). Une fois la liaison C-C formée, le résidu indole est réaromatisé après déprotonation et le résidu succinimide est « régénéré » pour conduire à l’intermédiaire 3a. Synthèse chimique de nouveaux analogues de la granulatimide 56 Schéma 13 : Mécanisme proposé pour la synthèse de l’intermédiaire 3a 

Accès aux analogues pyrroles 4 (schéma 7)

 La dernière étape pour obtenir les analogues de la série pyrrole est une étape de cyclisation. Là encore, nous nous sommes inspirés d’un travail de M. Prudhomme qui a décrit en 2003 une étude méthodologique autour de cette étape de cyclisation.21 Dans les conditions optimales décrites par Prudhomme et al., à savoir dans le nitrobenzène à 200 °C en présence d’une quantité stoechiométrique de Pd black, nous avons effectivement obtenu les analogues cycliques 4a-d mais avec de faibles rendement de 15 à 30 %. Schéma 14 : Préparation par voie thermique des analogues cyclisés En effet, dans ces conditions, bien que la conversion soit totale, les faibles rendements sont expliqués d’une part, par l’apparition de nombreux produits de dégradation et d’autre part, par la purification rendue fastidieuse par la présence du nitrobenzène. Il est à noter que le palladium black est introduit dans des quantités stoechiométriques ce qui nous laisse penser que ce sont ses propriétés d’absorption d’hydrogène qui sont exploitées ici. Dans l’optique d’améliorer l’efficacité de cette transformation, nous avons décidé d’étudier l’effet des micro-ondes pour cette cyclisation (Tableau 2). De plus, de manière à faciliter la purification, nous avons tenté la cyclisation dans divers solvants plus volatils que le nitrobenzèn.