Les dérivés issus de la condensation des méthylènes actifs avec le gossypol

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Caractères botaniques

Appareil végétatif

La famille des Malvaceae est constituée de plantes herbacées (Malva), des arbustes et des arbres installés dans les climats froids à tropicaux. Les arbres peuvent des fois apparaître très massifs comme c’est le cas des baobabs. Parfois, le tronc des arbres est muni de contreforts (Ceiba, Bombax) et peut prendre la forme d’une bouteille (Chorisia, Adansonia).
Une des caractéristiques communes et représentatives des Malvaceae reste le fait d’avoir un nombre impair, cinq en l’occurrence, de deux éléments de la fleur (sépales et pétales) qui constituent le périanthe. Les cinq sépales et pétales sont rassemblés vers le bas en forme de tube monadelphe. De plus, on trouve au niveau de cette famille de plantes, des canaux sécréteurs à mucilage, des lacunes sécrétrices et parfois des fibres libériennes plus ou moins lignifiées comme étant des particularités anatomiques. Les Malvaceae sont le plus souvent classées dans les mauvaises herbes et pourtant elles sont d’une grande utilité dans plusieurs domaines.

Les feuilles

Les feuilles sont stipulées et en générale alternées avec les limbes découpés et recouvertes d’un duvet et de nervures palmées. Elles sont souvent simples et palmatilobées, ou composées palmées (Ceiba, Bombax), entières à dentées. Chez certaines espèces comme les baobabs, les feuilles tombent à la saison sèche pour réduire les pertes d’eau.
La présence de poils généralement étoilés ou d’écailles peltées, a été observée chez les espèces de la famille des Malvaceae. Les plantes de la famille des Malvaceae ont une inflorescence ayant l’aspect de cyme ou solitaire avec des grandes fleurs bisexuées et régulières donnant un fruit sec.

Les fleurs

Les fleurs sont en générale régulières, hermaphrodites ou unisexuées (Stercularia, Cola, Firmiana), pentamères.
 Le calice comprend cinq sépales soudés. Ce verticille est doublé extérieurement par un calicule (ou épicalice) de sépalules en nombre variable.
 La corolle possède le plus souvent cinq pétales libres, imbriqués ou valvaires. Elle peut être absente chez certains genres comme : Stercularia, Cola, Firmiana.
– L’androcée présente un nombre d’étamines variables, de cinq à nombreuses, disposées sur un androgynophore très proéminent. Leurs filets peuvent être libres, seulement soudés à la base en faisceaux, mais en général, l’androcée est monadelphe formant un tube autour du gynécée. Ce dernier est formé lui-même de deux à nombreux carpelles, soudés en un ovaire supère à autant de loges. Les stigmates sont globuleux ou lobés. La pollinisation des fleurs s’effectue grâce à de nombreux types d’insectes, mais aussi par les oiseaux, ou par les chauves-souris au niveau de certains genres. Les nectaires sont formés de poils glanduleux, pluricellulaires, densément répartis sur les sépales, ou parfois sur les pétales et l’androgynophore.

Le fruit

Le fruit des Malvaceae peut prendre une forme extrêmement variable. Il peut être sous forme de capsule loculicide comme au niveau des genres Gossypium et Hibiscus. Cependant, on observe aussi des fruits schizocarpes (Malva, Althea, Lavatera, Sida), en forme de noix (Tilia), en forme de gousses indéhiscentes (Adansonia), formant une drupe (Theobroma), en forme de baies ou encore, regroupés en un ensemble de follicules (Stercularia).

Applications

Les composés du métabolisme primaire

Dans la famille des Malvaceae, on trouve des plantes strictement alimentaires, des plantes où les fruits après transformation servent à fabriquer des boissons, des plantes fibreuses qui servent de matières premières dans l’industrie du textile, des plantes à mucilage ou encore à gommes.
Ces plantes sont riches en un certain nombre de métabolites primaires cités ci-dessous.
 Les glucides simples :
Le Karakadé (Hibiscus sabdiffera L.), est une plante subtropicale récoltée au Soudan, en Egypte et dans l’Asie du Sud-Est. Le calice et le calicule servent à préparer une boisson rafraichissante et réputée fortifiante car riche en antioxydants polyphénoliques. En effet, les analyses de cette boisson ont montré la présence des polysaccharides et d’anthocyanosides.
 La cellulose
Le genre Gossypium (les cotonniers) est constitué des herbes ou des sous-arbrisseaux de 0,5 à 3 m de hauteur avec de grandes feuilles lobées. C’est le plus connu dans la famille des Malvaceae. Le fruit est une capsule à déhiscence loculicide de trois à cinq loges, chacune contenant 5 à 7 graines. Ces dernières sont entourées par une masse de longs poils blanchâtres ou roussâtres. Les poils du Cotonnier, issus des cellules de l’épiderme, sont unicellulaires, très long et fins : 1 à 5 cm sur 12 à 30 µ de diamètre. Chaque graine en porte entre 5000 et 10 000. Ils contiennent 90% de cellulose.
Les cotonniers font l’objet de cultures intensives eu égard à leur importance économique. Les Etats-Unis sont les plus gros producteurs depuis des millénaires. On distingue actuellement quatre espèces : deux espèces asiatiques, diploïdes, à fibres épaisses et courtes (Gossypium arboreum L. et Gossypium herbaceum L.) et deux espèces américaines, tétraploïdes, l’une à fibres moyennes (Gossypium hirsutum L.) et l’autre à fibres longues (Gossypium barbadense L.).
 Les Gommes
Les gommes sont des exsudats visqueux, naturels ou provoqués par incision du tronc.
Le Sterculia urens Roxb. est un arbre à gomme, originaire des zones montagneuses et des plateaux secs du centre et du nord de l’Inde. Il possède de grandes feuilles palmatilobées, de fleurs apétales et des fruits composés de follicules ligneux.
Le parenchyme cortical du tronc et des ramifications sont parcourus par des canaux sécréteurs dans lesquels s’accumule la gomme, dite gomme « Karaya ».
Cette gomme concassée, se présente alors sous formes de morceaux irréguliers, translucides, blanc rosés à brunâtres. Elle a la propriété de gonfler au contact de l’eau, ce qui en fait un laxatif de choix. Elle est également proposée comme adjuvant des régimes restrictifs au cours des traitements de l’obésité.
 Les Mucilages
Les mucilages sont présents et abondants dans les canaux et les cellules de nombreuses Malvaceae. C’est le cas de la mauve (Malva sylvestris L.), de la guimauve (Althea officinalis L.) et les tilleuls (Tilia cordata Miller). Ces plantes médicinales font parties du mélange officinal des « espèces pectorales » et certaines ont des propriétés spasmolytiques contre les coliques hépatiques ou néphrétiques.
 Les Lipides
L’huile, extraite des graines de cotonniers est comestible à condition d’éliminer par une cuisson contrôlée le gossypol, un composé phénolique toxique. Cette huile est très consommée aux Etats Unis et possède des propriétés intéressantes et valorisables en cosmétique.
 Les Protides
Les tourteaux délipidés issus de l’huile de cotonniers servent, aux Etats Unis à l’alimentation du bétail.

Les composés du métabolisme secondaire

On retrouve ici des polyphénols issus de la voie des terpènes, des stérols, des alcaloïdes et des bases puriques essentiellement.
 Les terpènes
Les graines de cotonniers sont parsemées de glandes ovoïdes ou sphériques, contenant divers pigments dont le gossypol qui est un composé phénolique très réactif et toxique issu de la voie des sesquiterpènes. De plus, il provoque chez les animaux mâles une oligospermie avec des formations des spermatozoïdes et chez les animaux femelles un effet antinidatoire.
 Les stérols
L’huile de la graine de coton est riche en sitostérol et pourrait être une source des phytostérols transformables en stéroïdes d’intérêt pharmaceutique.
 Les alcaloïdes
Diverses espèces américaines (Pérou, Equateur) appartenant au genre Sida sont fumées en guise de Marijuana. Elles se révèlent être toxiques pour les fourmis et les blattes. L’éphédrine, un alcaloïde naturel connus depuis longtemps a été isolé de ces dernières.
 Les bases puriques
Les bases puriques de type théobromine et caféine sont rencontrées chez les genres Théobroma (Cacaoyer) et Cola (kolatier).

L’utilisation des Malvaceae

 Industrie
La cellulose des cotonniers a des nombreuses applications industrielles.
– Son estérification conduit à divers produits : nitrate, acétate de cellulose, utilisés dans l’industrie des explosifs, des plastifiants, des filtres. L’acétophtalate forme des films gastrorésistants ; le phtalate d’hydroxypropylméthylcellulose sert pour la micro-encapsulation et pour fabriquer des microgranules à libération prolongée.
– L’éthérification permet d’obtenir des polymères hydrosolubles, également aux applications multiples. La carboxyméthylcellulose est particulièrement utilisée en pharmacotechnie, avec l’hydroxypropylcellulose pour améliorer le port de certaines lentilles cornéennes.
 Parfumerie
Les graines de d’Abelmoschus moschatus renferment une huile essentielle, utilisée en parfumerie sous le nom d’«ambrette».

La sous-famille des Malvoideae

La sous-famille des Malvoideae de la famille des Malvaceae est composée du core Malvoideae des Matisieae et d’un clade formé des genres Chiranthodendron et Fremontodendron. Elle est distribuée dans les régions tempérées et tropicales et constitue un groupe monophylétique sur la base d’études morphologiques et moléculaires. Selon Bayer et Kutbitzki,[17] cette sous-famille est constituée de quatre tribus : Gossypieae,[19] Hibisceae,[20,21] Kydieae,[22] Malveae[16]. Il apparait aujourd’hui qu’un nombre de tribu beaucoup plus important que ça selon certains auteurs, compose cette sous-famille des Malvoideae.

La tribu des Gossypieae

La tribu des Gossypieae est un groupe bien défini de plantes caractérisé par la présence de glandes produisant du gossypol, un métabolite secondaire considéré comme étant un pigment naturel. Cette tribu regroupe principalement neuf genres répertoriés ci-dessous : Cephalohibiscus, Cienfuegosia, Gossypium, Gossypioides, Hampea, Kokia, Lebronnecia, Thepparatia et Thespesia.[23,24] A ces neuf genres, peut éventuellement s’ajouter le genre Alyogyne que certains auteurs ont proposé récemment d’inclure également dans cette tribu.

Le genre Cienfuegosia

Comme nous l’avons précisé auparavant le genre Cienfuegosia est un membre de la famille des Malvaceae. Les principaux éléments qui caractérisent les membres de ce genre et qui les distinguent des autres genres (en particulier de l’espèce Hibisceae sens.) sont : l’embryon et la présence dans diverses parties de la plante de glandes pigmentaires, associé à la présence de pigments polyphénoliques. La production de pigments, principalement le gossypol mais aussi plusieurs d’autres composés apparentés, représente une singularité de la tribu Gossypieae. Garcke (1860)[25] a été le premier des rares scientifiques qui ont étudié de manière exhaustive et approfondie le genre Cienfuegosia. Les deux tiers des espèces actuellement connues ne sont pas décrites à l’époque de Garcke.
Hochreutiner en 1902 a simplement énuméré les espèces connues de Cienfuegosia à cette époque. Il a aussi indiqué la synonymie et le changement de nomenclature d’un certain nombre d’espèces. Par contre il n’a pas étudié la classification, ni la phylogénie du groupe et la distribution des espèces de ce genre.
Le genre de Cienfuegosia a été décrit par Cavanilles en 1787.[26] Ce dernier avait donné le nom Cienfuegosia à ce genre, à l’honneur du botaniste espagnol du XVI siècle Bernardo Cienfuegos. Deux ans plus tard ce nom a été raccourcit à Fugosia par Jussieu (1789).[27] Pendant presque 60 ans, le nom Fugosia était le nom le plus connu pour le genre Cienfuegosia. Durant ces années d’autres noms ont été également utilisés comme « Cienfugiosa » publié par Giseke en 1792,[28] ou comme « Cienfuegia » publié par Willdenow en 1800.[29] En 1824 DeCandolle[30] a utilisé pour la première fois le nom Cienfuegosia pour ce genre, ce même nom a été réutilisé par Hutchinson en 1947.[31]
En 1968 Fryxell a trouvé une manière de distinguer le genre Cienfuegosia, des autres genres, membre de la tribu des Gossypieae.[19] Il existe selon lui, suffisamment de variabilité entre les différentes espèces de Cienfuegosia, ce qui demande une combinaison de caractères pour pouvoir les différencier des autres genres. Une des variabilités reste le nombre de chromosomes des espèces composant ce genre. En effet, le nombre de chromosomes chez les membres de Cienfuegosia varient entre (n = 10 et n = 11), tandis qu’au niveau des autres genres, ce nombre varie de (n = 12 à n = 13). Cette différence de nombre de chromosomes a été utilisée pour discriminer le genre Cienfuegosia.
Le genre Cienfuegosia regroupe aujourd’hui plus d’une trentaine d’espèces essentiellement distribuées en Afrique et en Amérique. Ces espèces sont :[1]
Cienfuegosia affinis (Kunth) Hochr.
Cienfuegosia angustifolia Krapov.
Cienfuegosia argentina Gürke
Cienfuegosia australis (F. Muell.) K. Schum.
Cienfuegosia conciliata Krapov.
Cienfuegosia digitata Cav.

LA CHIMIE DU GOSSYPOL ET DE SES DERIVES

Dans ce chapitre, nous détaillerons quelques aspects de la chimie du gossypol depuis sa découverte jusqu’aujourd’hui en insistant sur les méthodes d’extractions les intérêts biologiques. Nous terminerons par la synthèse des principaux dérivés du gossypol.

Le gossypol

La découverte du gossypol

Le gossypol (1) [1,1’,6,6’,7,7’-hexahydroxy-5,5’-diisopropyl-3,3’-diméthyl-(2,2’ binaphtalène)-8,8’-dicarboxaldéhyde] est un composé polyphénolique naturel relativement complexe et symétrique, extrait de plusieurs espèces de la famille des Malvaceae. Parmi ces espèces, on peut citer la plus connue des plantes à gossypol : le Gossypium (le cotonnier). La teneur de ce pigment jaune varie de 0,39 à 1,70% selon la variété du Gossypium.[38]

L’industrie du coton produit annuellement un peu moins de 20 millions de tonnes de graines de coton dans les années 60.[39] Cette quantité mondiale de graines de coton produite ne cesse d’augmenter au fur et à mesure des années et a même dépassée les 45 millions de tonnes en 2014.[40] Cette augmentation incessante de la production mondiale de graines de coton fait des différentes espèces de Gossypium la source principale du gossypol. D’autres plantes tropicales comme les espèces du genre Thespesia,[41] Kokia,[42] Gossypoides,[43] Hampea [44] ont été également décrites comme étant des plantes à gossypol.

Le gossypol, comme la plupart des métabolites secondaires est considéré comme étant un phytoalexine c’est-à-dire une substance naturelle faisant partie du système de défense de la plante contre les pathogènes et les insectes.[45]

Le gossypol brute a été isolé pour la première fois par Kuhlmann en 1861.[46] 25 ans plus tard Longmore (1886)[47] isola à partir de la graine de coton un solide brun, soluble dans les solutions basiques, c’était du gossypol impure. En 1899 Marchlewski réussit à isoler un composé sous sa forme pure à partir des graines de coton qu’il nomma Gossypol. Ce nom vient de la contraction de la source naturelle du gossypol c’est-à-dire le Gossypium et sa nature chimique (polyphénol).[48] La formule brute du gossypol C30H30O8 a été établie par Clarck en 1927.[49] 30 ans plus tard, Edwards a confirmé la structure du gossypol à travers la synthèse totale.[50] L’origine du gossypol est diverse. En effet, il peut être obtenu soit par la synthèse totale ou par l’extraction d’une source naturelle végétale. Cette dernière possibilité reste la méthode la plus efficace pour son obtention en raison de la complexité de la synthèse totale du gossypol. De nos jours, même le gossypol vendu dans le commerce est obtenu par extraction de matrices végétales (essentiellement du Gossypium).

La structure du gossypol

Le gossypol est constitué de deux unités naphtyles connectées entre elles par une liaison C-C. Chaque unité porte trois groupements hydroxyles deux groupements alkyles et une fonction aldéhyde. La présence de la fonction aldéhyde en position α du groupement hydroxyle, permet de générer trois formes tautomères du gossypol : Il s’agit de formes aldéhydique, hémiacétalique et céto-énolique (Figure 7). Une partie de la complexité de l’étude chimique du gossypol provient de cet équilibre entre les trois formes tautomères. Dans cette perspective, une étude spectrale approfondie a été menée afin de comprendre le comportement du gossypol aussi bien dans les solvants que dans son état solide.

Adams et ses collaborateurs ont proposé que le gossypol change de forme tautomère en fonction du solvant dans lequel il est solubilisé, par exemple dans un solvant basique, la forme la plus stable du gossypol c’est la forme céto-énol[38] tandis qu’un solvant « ordinaire » tel que le chloroforme, le benzène, l’acétone ou encore le dioxane, entraine la prépondérance de sa forme aldéhydique.[51–53] C’est le cas aussi quand il est à l’état solide.[54]

Dans les solvants polaires comme le DMSO, un équilibre a été observé entre les trois formes tautomères du gossypol, avec une prédominance de la forme hémiacétalique et 15% de la forme aldéhyde.[55]

Les groupements hydroxyles et les deux fonctions aldéhydes se trouvent du même côté de la molécule et constituent la face hydrophile dans la structure du gossypol. Tandis que les groupements alkyles se trouvent du même côté du plan que les deux unités binaphtyles et représentent la partie lipophile.

Le positionnement des deux fonctions aldéhydes et les hydroxyles du même côté formant cette face hydrophile, permet d’établir d’un point de vue structural, de fortes liaisons hydrogènes intramoléculaires (Figure 8).[56] En effet, plusieurs études[57,58] ont démontré la formation de liaison hydrogène entre la fonction aldéhyde et l’hydrogène phénolique de la position C-7 formant un pseudo cycle à 6 chaînons.[59] Ce pseudo cycle se trouve dans le même plan que les deux unités binaphtyles.[56] L’énergie de cette liaison hydrogène a été estimée de 10,7 kcal/mol.[60] Un deuxième pseudo cycle à 6 chainons a été établi entre l’hydrogène de la fonction aldéhyde et l’oxygène de la position C-1.

Un autre type de liaison hydrogène (moins forte que celle établie entre l’aldéhyde et l’hydrogène phénolique de la position C-7) a été observée entre les oxygènes de C-6 et C-7 formant ainsi un pseudo cycle à 5 chainons (Figure 8).[56] La fonction aldéhyde offre la possibilité d’une chimie très riche, hormis qu’elle est montrée du doigt comme étant la source de la toxicité du gossypol.[61–63] Les groupements hydroxyles en position 1,1’ ou la position peri, eux aussi sont chimiquement plus réactifs que leurs homologues en position 6,7 et 6’,7’, grâce à la proximité de la fonction aldéhyde.[56]

La limitation de la rotation autour de la liaison C-C entre les deux naphtyles du gossypol entraine l’existence de deux atropoisomères du gossypol : (aR)- et (aS)-gossypol (Figure 9). Dans le chapitre suivant nous aborderons avec plus de détails les méthodes couramment utilisées pour la séparation de ces deux atropoisomères ainsi que leur synthèse totale.

La biosynthèse du gossypol

Le gossypol est un composé de nature polyphénolique mais sa biogenèse est très différente de la plupart des polyphénols (voies Shikimate et acétate). En effet, la biosynthèse du gossypol au niveau des espèces végétales a fait l’objet de plusieurs études. Certains auteurs ont toujours considéré le gossypol comme étant un composé terpénique depuis qu’il a été démontré que sa biosynthèse passe par la voie terpénique.[64] En effet, Heinstein a proposé que la biosynthèse du gossypol se fait, via une cyclisation du cis-cis-farnesyl pyrophosphate (cis-cis-FPP) aboutissant à un précurseur très répandu dans la formation des sesquiterpènes, qui est le cadinène (b).[65–67] Cependant Barton et De Mayo ont suggéré que la biosynthèse du gossypol passe par une ultime étape de dimérisation du cadalène (c).[68] Le Schéma 1 récapitule la voie biosynthétique du gossypol. Comme montré dans ce dernier, la biosynthèse du gossypol se fait à partir de E,E-farnesyl diphosphate (a), la première étape de la biosynthèse est une cyclisation intramoléculaire induite par le système enzymatique (+)-δ-cadinène synthase, pour former le cadinène (+)-δ-cadinène (b).

L’hydroxylation de ce dernier se fait à l’aide de la (+)-δ-cadinène-8-hydroxylase (un cytochrome P450 monooxygénase) générant le 8-hydroxy-(+)-δ-cadinène (c). La conversion du composé c en désoxyhémigossypol (e), nécessite des hydroxylations, désaturations des cycles et une formation de l’éther cyclique. Après une transformation via une oxydation radicalaire le composé e aboutit à l’hémigossypol (2), qui à son tour peut subir une dimérisation oxydative pour former le gossypol (1).[65]

En 2018, une étude plus large et plus détaillée visant à expliquer la voie biosynthétique du gossypol a été réalisée par Tian et ses collaborateurs.[69] Durant cette étude les auteurs ont identifié 146 candidats liés à la biosynthèse du gossypol, quatre enzymes intervenants dans le processus de biosynthèse, ainsi que six intermédiaires permettant l’accès au gossypol.

Les auteurs ont réussi pour la première fois à mettre en évidence que la première réaction de biosynthèse du gossypol (l’oxydation du (+)-δ-cadinène) se fait au niveau de la position C-7, au lieu de C-8 comme proposé précédemment par plusieurs auteurs.

Les auteurs ont montré aussi que l’enzyme CYP706B1 permet d’obtenir l’intermédiaire 7-hydroxy-(+)-δ-cadinène, qui est un intermédiaire clef dans la voie de biosynthèse du gossypol. Il est intéressant de noter que le 7-hydroxy-(+)-δ-cadinène subit une oxydation en C-8 et en C-7. Le groupe carbonyle en C-7 semble indispensable pour l’hydroxylation en C-8. La présence de ce type de sesquiterpènes oxydés en C-7 et en C-8 n’a jamais été prouvée auparavant. Le CYP71BE79 rend possible l’oxydation en C-11, ce qui probablement, permet la formation d’un pont « éthéré » entre C-8 et C-11. (Schéma 2).

La formation de furocalamen-2-one (j) ne peut être justifiée que par la suppression de la fonction carbonyle en C-7 suivi d’une aromatisation. La suppression de la fonction carbonyle, implique une isomérisation de cette fonction en un groupement énol succédée par une déshydratation, ce qui permet de former un cycle benzénique. L’isomérisation et la déshydratation ne sont pas rares dans le processus de l’aromatisation.[73] Il est à noter que désoxyhémigossypol (dHG) est obtenu par une aromatisation de l’intermédiaire 3-hydroxy-furocalamen-2-one (k) (Schéma 2).

Les réactions de formation du gossypol ne se font pas d’une façon aléatoire, mais elles sont déterminées par une barrière énergétique. Il a été remarqué que l’oxydation se fait toujours à l’endroit le plus favorable et l’introduction du groupement oxydé réduit la barrière énergétique pour l’oxydation suivante. Par exemple, l’introduction d’un groupement carbonyle à la position active C-7, permet d’activer la position α de ce groupement pour une hydroxylation ultérieure. Ceci a été remarqué dans le cas d’hydroxylations en position C-3 (composé k) et C-8 (composé h) (Schéma 2). Enfin, l’aromatisation fournit l’unité naphtalène la plus stable.

La synthèse totale du gossypol

Curieusement, la synthèse totale du gossypol malgré son interêt biologique, n’a pas succité jusqu’à présent un véritable engouement de la part des scientifiques. Cependant, quelques groupes de recherche ont tenté de réaliser la synthèse totale du gossypol. En 1957 Edwards a rapporté la synthèse du gossypol par l’action du N,N-diphényformamidine sur l’apogossypol hexaméthyl éther (3). Ce dernier a été synthétisé via une réaction de dimérisation du 1-naphtol à haute température.[74] En 1981, Venuti a proposé une nouvelle méthode pour la synthèse totale du composé 3 à partir d’un dérivé bromé aromatique, cette méthode a permis d’augmenter le rendement global de l’apogossypol hexaméthyl éther (3) de 5% à 50%.[75]

Un couplage radicalaire des composés phénoliques qui se fait généralement dans des conditions enzymatiques contribue à la biosynthèse de composés biaryles naturels.[76] Inspiré par cette remarque, Li et ses collaborateurs ont proposé une synthèse totale du gossypol via le couplage déshydrogénant oxydatif de l’hémigossypol (2). Généralement, l’introduction efficace du groupement aldéhyde reste l’obstacle principal de la synthèse totale du gossypol.[74] L’ortho-quinone méthide (o-QM) est un intermédiaire très important en synthèse organique et qui peut subir une réaromatisation rapide via une addition nucléophile de type Michäel.[77] Cette approche a été adoptée par Li et ses collaborateurs pour introduire la fonction aldéhyde sur le gossypol.[78]

Le gossypol est synthétisé à travers une ultime étape de dimérisation de l’hémigossypol. L’hémigossypol est également un composé naturel isolé des racines de Gossypium barbadense.[44] Wei et Li ont proposé respectivement une synthèse totale de ce polyphénol aldéhydique. Dans cette partie, nous allons nous limiter aux travaux de Li que nous jugeons pratique. Cela se traduit par le caractère naturel et bon marché de son produit de départ qui est le carvacrol (4). Ce dernier a été utilisé comme point de départ dans le schéma retrosynthétique de l’hémigossypol comme indiqué dans le Schéma 3.

Au départ du carvacrol (4), la réaction de formylation en présence SnCl4 comme catalyseur dans la synthèse multi étape de gossypol, permet d’accéder au salicylaldéhyde (5) avec un rendement de 63%, à travers la méthode de Casiraghi.[80] Le composé 5 a subit une bromation suivie d’une protection du OH phénolique par un groupement benzyle pour donner l’intermédiaire 7. L’oxydation de Dakin du composé 7 fourni le composé phénolique 8, dont le OH a été à son tour protégé par l’intermédiaire de l’iodométhyle aboutissant au composé 9 avec un rendement de 61%. La réaction d’échange halogène-lithium poursuivie d’une réaction de formylation et de la condensation de Stobbe[81] avec la diméthyle succinate fourni l’intermédiaire 11. La cyclisation électrophile par l’acétate de sodium, permet de générer le noyau naphtalène 12 après aromatisation. Ensuite le groupement acétyle porté par le noyau naphtalène a été remplacé par un méthyle pour fournir 13 avec un rendement de 54%. Les groupements ester et O-benzyle du composé 13 ont été réduits respectivement en groupement méthyle et en phénol permettant d’avoir le 1-méthyl-2-naphtol (14) avec un rendement de 91% (Schéma 4). L’intermédiaire 14 a été oxydé afin d’obtenir le composé 15 (Schéma 5). Le Tableau 3 résume les conditions optimales pour la réaction d’oxydation du composé 14.

La méthode du gossypolate de sodium

Cette méthode a été utilisée pour enlever le gossypol et d’autres colorants de l’huile de coton. Elle se base essentiellement sur l’insolubilité du sel du gossypol dans l’huile de coton. Les graines préparées par la méthode de Carruth sont extraites par l’éther diéthylique. L’extrait éthéré est par la suite mélangé avec un léger excès d’une solution aqueuse de soude concentrée. Le gossypolate de sodium ainsi formé passe dans la phase aqueuse. Cette dernière est neutralisée par l’acide pour transformer la gossypolate en gossypol. Le gossypol est finalement récupéré par l’ajout de l’acide acétique chaud sous forme de complexe gossypol-acétique. L’utilisation de cette méthode reste néanmoins très limitée car le gossypol s’oxyde facilement dans les solutions basiques exposées à l’air libre. Cependant, cette oxydation peut être retardée ou limitée par l’ajout du « dithionite de sodium » Na2S2O4.[83]

La méthode du borax

La méthode du borax est rarement utilisée pour l’extraction du gossypol, cependant Zhou[86] et ses collaborateurs l’ont utilisée pour récupérer le gossypol solubilisé par l’éther de pétrole lors du processus du déshuilage des graines de coton. Cette méthode consiste à rajouter une solution de borate de sodium (borax) à 1% dans l’extrait d’éther de pétrole pour former le complexe gossypol-borate. Seshadri et ses collaborateurs ont utilisé la même approche sur un extrait d’éther diéthylique.[85]

La méthode de Pons

Pons et ses collaborateurs ont réussi à extraire le gossypol à partir des graines de coton, en utilisant un mélange eau-acétone. Tout d’abord les conditions d’extraction ont été étudiées (pourcentage eau/acétone, température d’extraction). Ses études ont montré que l’utilisation d’un pourcentage variant de 25 à 30% du solvant (eau/acétone) à 30°C permet d’extraire le maximum possible du gossypol.[87]
En conclusion de cette partie, l’extraction du gossypol des graines de coton reste très difficile avec beaucoup d’étapes unitaires. Elle peut prendre plusieurs jours avec une quantité importante de solvant utilisé. Etant donné que c’est le principal moyen d’obtention du gossypol commercial, il serait judicieux de trouver un moyen plus simple pour extraire ce composé naturel.

Les principaux dérivés du gossypol

La structure du gossypol montre deux sites très réactifs que sont la fonction aldéhyde et les groupements phénoliques. Cette réactivité du gossypol est à l’origine de la formation de ses différents dérivés. Ces dérivés sont non seulement beaucoup plus stables que le gossypol mais ils sont à l’origine à la détermination de sa structure.[38]

Les bases de Schiff (Formation de la liaison C-N et/ou C=N)

Beaucoup d’études ont suggéré que la toxicité du gossypol est due au groupement aldéhyde.[88,89] Afin de diminuer le caractère toxique du gossypol, une condensation avec différentes amines primaires a été effectuée. Cette modification est indiscutablement la transformation chimique la plus étudiée sur le squelette du gossypol probablement en raison de la réactivité entre la fonction aldéhyde et les amines primaires (Schéma 9)
Les dérivés bases de Schiff du gossypol existent en équilibre enamine/imine. Dao et ses collaborateurs ont suggéré un mécanisme pour expliquer l’équilibre tautomère entre ses différentes bases.[90] Ils ont avancé une hypothèse selon laquelle la formation des bases de Schiff se ferait via un intermédiaire carbinol. Ainsi, suivant la voie de déshydratation, une forme sera prépondérante par rapport à l’autre (Schéma 10). Cet équilibre tautomérique entre les bases de Schiff a été étudié par la RMN 1H et l’IR.[90–92] Maltin[93] et ses collaborateurs ont montré que le dianilinogossypol existe en forme enamine. L’analyse par la RMN 13C a montré la présence d’un pic à 174 ppm caractérisant le groupement carbonyle. Un couplage a été mis en évidence par la RMN 1H entre l’hydrogène porté par l’atome d’azote et celui porté par l’atome du carbone adjacent (R-NH-CH-G), favorisant la forme enamine.
Ces résultats ont été confirmés par une analyse RX du dianilinogossypol, obtenu par cristallisation dans un mélange d’acétate d’éthyle et du dichlorométhane.[56]
Przybylski[94] est ses collaborateurs ont décrit que les bases de Schiff dérivées des amines primaires aliphatiques ou aromatiques se présentent toutes sous la forme énamine tandis que l’utilisation des dérivés de l’hydrazine permet de générer la forme imine (Schéma 11).
Les dérivés bases de Schiff du gossypol peuvent être stabilisés par une réduction, en amine secondaire. Deux agents de réduction ont été utilisés, le borohydrure de sodium (NaBH4) et le cyanoborohydrure de sodium (NaBH3CN). L’utilisation du NaBH4, peut réduire la base de Schiff en une amine secondaire mais aussi va régénérer la fonction aldéhyde et la réduire en alcool primaire. Le remplacement du NaBH4 par le cyanoborohydrure de sodium connu pour être un agent de réduction plus doux que le NaBH4 permet de réduire la base de Schiff en une amine secondaire sans aller jusqu’au stade de l’aldéhyde (Schéma 12).[95]

Le dianilinogossypol

La réactivité entre le groupement aldéhyde du gossypol et les amines primaires a été mise en avant par Clarck[83] et Carruth [49] pour estimer la quantité totale du gossypol. Les deux auteurs ont utilisé l’aniline comme agent de précipitation pour le gossypol.
Carruth a réalisé l’extraction du gossypol par l’éther à partir de graines de coton, ensuite 5% du poids total de cet extrait a été rajouté à l’aniline. L’ensemble a été chauffé dans un bain puis laissé au repos pendant une semaine pour former le maximum possible de dianilinogossypol un produit de coloration jaune claire.[83]
Clarck a utilisé la même méthode pour former le dianilinogossypol par l’ajout de 10 équivalents d’aniline à chaud sur le gossypol. La régénération au gossypol à partir de dianilinogossypol reste possible par une simple hydrolyse en milieu acide (Schéma 13).[49]

Les demi-bases de Schiff

Les demi-bases de Schiff ont été obtenues par Dodou et ses collaborateurs.[96] Les auteurs ont observé lors de l’hydrolyse des bases de Schiff en gossypol, la formation de demi-bases de Schiff à travers une hydrolyse partielle en milieu acide (Schéma 14).

Les bases de Schiff dérivées de diamine

Plusieurs auteurs[97,98] ont montré que le gossypol peut former des ponts intramoléculaires à travers l’addition nucléophyle de diamines comme par exemple la cadavérine sur les aldéhydes des deux unités naphtyles du gossypol. Les produits résultants de ce pontage ne sont pas stables chimiquement et ne possèdent pas la même structure chimique. Lu et ses collaborateurs ont rapporté que la formation du gossypol ponté avec des dérivés de diamine est conditionnée par la présence de quatre carbones au moins entre les deux fonctions amines.[97] Kunesch et ses collaborateurs[99] ont constaté que l’ajout de la cadavérine en excès sur le gossypol limite la formation du gossypol ponté A2 et/ou A3 générant plutôt le composé non ponté A1 (Schéma 15). Plusieurs auteurs comme Kenar[56] et Lu[97] ont présenté dans des revues scientifiques, une librairie des bases de Schiff synthétisées à partir du gossypol ainsi que les principales modifications chimiques réalisées sur le gossypol depuis plusieurs années. Ces revues sont très interressantes pour avoir une idée précise et globale sur la réactivité du gossypol.

La complexation des bases de Schiff avec des cations

La complexation du gossypol avec les métaux alcalins, les métaux de transition et les lanthanides a été réalisée par un certain nombre de scientifiques. Cette complexation a un impact sur l’équilibre tautomère du gossypol.[100–103] La complexation avec le Fer par exemple, a été mise en évidence pour comprendre ses interactions avec l’ADN.[104] Przybylski et ses collaborateurs ont intensivement étudié les complexes formés entre le gossypol et leurs dérivés bases de Schiff vis-à-vis des cations mono et bivalent, via des techniques analytiques différentes (RMN 1H, FT-IR, PM5, ESI-MS).[105–110] Dans l’objectif de comprendre la différence de complexation entre les cations métalliques, les auteurs ont sélectionné une gamme des cations monovalent de taille différente (Li+, Na+, K+, Rb+ et Cs+) et les ont complexé avec une base de Schiff dérivée d’éther couronne (Figure 11). En effet, les éthers couronnes sont connus pour leur pouvoir de complexation des alcalins et des alcalino-terreux.[111–115] Les résultats ont montré que les complexes formés avec les ions hydrogènes (2H+) sont les plus stables. Ces derniers sont suivis par les complexes formés avec 2K+ > 4Li+ > 2Na+ > 4Na+. Il est important de signaler que les complexes les moins stables sont ceux formés avec 2Rb+, 2Li+ et 2Cs+. Ce résultat montre aussi que cette base de Schiff peut se complexer différemment avec le même type de cations (Li+ et Na+).

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Table des matières

INTRODUCTION
Chapitre 1: L’ESPECE CIENFUEGOSIA DIGITATA CAV
I. La famille des Malvaceae
I.1. Caractères botaniques
I. 1. 1. Appareil végétatif
I.2. Applications
I.2.1. Les composés du métabolisme primaire
I.2.2. Les composés du métabolisme secondaire
I. 3. L’utilisation des Malvaceae
II. La sous-famille des Malvoideae
III. La tribu des Gossypieae
IV. Le genre Cienfuegosia
IV. 1. Distribution de Cienfuegosia
V. L’espèce Cienfuegosia digitata Cav
V.1. Classification
V. 2. Description
V. 3. Distribution
V. 4. Utilisation
V. 5. Les métabolites secondaires de C. digitata
Chapitre 2 : LA CHIMIE DU GOSSYPOL ET DE SES DERIVES
I. Le gossypol
I. 1. La découverte du gossypol
I. 2. La structure du gossypol
I. 3. La biosynthèse du gossypol
I. 4. La synthèse totale du gossypol
I. 5. Les différentes méthodes d’extraction du gossypol
I. 5.1. La méthode de Carruth
I. 5.2. La méthode de Clark
I. 5.3. La méthode du gossypolate de sodium
I. 5.4. La méthode du borax
I. 5.5. La méthode du Pons
II. Les principaux dérivés du gossypol
II. 1. Les bases de Schiff (Formation de la liaison C-N et/ou C=N)
II. 1. 1. Le dianilinogossypol
II. 1. 2. Les demi-bases de Schiff
II. 1. 3. Les bases de Schiff dérivées de diamine
II. 1. 4. La complexation des bases de Schiff avec des cations
II. 2. Les esters du gossypol
II. 3. Les éthers du gossypol
II. 3. 1. Le gossypol glycosylé
II. 4. L’anhydrogossypol
II. 5. L’apogossypol et ses dérivés
II. 6. Les composés issus de l’oxydation du gossypol
II. 6. 1. La gossypolone et ses dérivés
II. 6. 2. Le gossindane
II. 7. Les composés issus de la réduction du gossypol
II. 8. Les dérivés soufrés du gossypol
II. 9. Quelques autres dérivés du gossypol
II. 9. 1. Les azo dérivés du gossypol
II. 9. 2. Les dérivés issus de la condensation des méthylènes actifs avec le gossypol
III. La synthèse totale de quelques dérivés du gossypol
III. 1. La synthèse totale de l’acide gossypol 1,1’-dideoxygossylique
III. 2. La synthèse totale de 5,5’-dideisopropyl-5,5’-dialkylgossypol
III. 3. La synthèse totale de dialdéhyde bipyrane gossypol
IV. L’intérêt biologique du gossypol et de ses dérivés
IV. 1. L’activité antioxydante
IV. 2. L’activité contraceptive
IV. 3. L’activité antivirale
IV. 4. L’activité antiherpétique
IV. 5. L’activité anti-VIH-1
IV. 6. L’activité antiparasitaire
IV. 7. L’activité antibactérienne
IV. 8. L’activité antitumorale
V. La toxicité du gossypol
CHAPITRE 3 : LES ATROPOISOMERES DU GOSSYPOL
I. Les deux atropoisomères du gossypol
II. La synthèse total du (+)-gossypol
III. La séparation des deux atropoisomères du gossypol
III. 1. La méthode de Matlin
III. 2. La méthode de Cass
III. 3. La méthode de la cristallisation
III. 4. La méthode de Jiang
IV. Les dérivés énantiomériquement purs du (+)- et du (-)-gossypol
IV. 1. Les dérivés bases de Schiff des deux atropoisomères du gossypol
IV. 2. La synthèse de (+) et du (-) apogossypol
V. La biologie des deux atropoisomère du gossypol
V. 1. Activité contraceptive
V. 2. Activité antivirale
V. 3. Activité antiparasitaire
V. 4. Activité anticancéreuse
Chapitre 4: Travail personnel
I. Matériels et Méthodes
I. 1. L’échantillon du matériel végétal
I. 2. Les solvants et les réactifs
I. 3. L’appareillage Soxhlet
I. 3. 1. Le Soxhlet classique
I. 3. 2. L’extraction Soxhlet à haute pression
I. 3. 3. L’extraction par Soxhlet assisté par ultrasons
I. 4. La spectroscopie de Résonance Magnétique Nucléaire (RMN)
I. 5. La spectroscopie Infra-rouge (IR)
I. 6. Le pouvoir Rotatoire [α]D
I. 7. Le point de Fusion
I. 8. La spectrométrie de masse :
I. 9. Les spectres Ultraviolet (UV) :
I. 10. La chromatographie en phase Liquide à Haute Performance Chirale (CLHPC):
I. 11. La chromatographie Flash:
II. Le choix de la plante
II. 1. Le contexte de l’étude
II. 2. Les travaux préliminaires d’identification et enquêtes ethnobotaniques
II. 3. Les rappels bibliographiques
III. La partie extraction
III. 1. La difficulté d’extraction
III. 2. La solution proposée pour palier à la difficulté d’extraction du gossypol
III. 3. Les avantages de la méthodologie SECheM
IV. La partie Hémisynthèse
IV. 1. Le développement du concept SECheM
IV. 1. 1. Le piégeage de la totalité du gossypol
IV. 1. 2. Quantification du gossypol piégé ou extrait
IV. 1. 2. Quantification du gossypol piégé en 7 h de processus SECheM
IV.1.3. Autres réactions essayées en exploitant le concept SECheM
IV. 1. 4. Conclusion partielle
IV. 2. Application du concept SECheM dans la séparation de deux atropoisomères dérivé du gossypol
IV. 2. 1. Application du concept SECheM dans la séparation de deux atropoisomères bases de Schiff dérivés du gossypol
IV. 3. Synthèse de bases de Schiff de gossypol énantiomériquement pures
IV. 3. 1. Conclusion partielle
IV.4. Vers les catalyseurs dérivées du gossypol
IV.4. La protection sélective des bases de Schiff dérivées du gossypol
IV.4. 2 Protection des phénols présentent sur les hydrazones (forme imine)
V. Complexation des bases de Schiff énantiomériquement pures
CONCLUSION GENERALE ET PERSPECTIVES
EXPERIMENTAL SECTION