Préparation des dérivés de 2-chloroquinoléin-3-carbaldéhydes

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Utilisation en chimiothérapie et activité antitumorale

Le cancer constitue l‟une des principales causes de décès dans l‟ensemble des pays développés puisqu‟il représente la deuxième cause de mortalité après les maladies cardiovasculaires. L‟importance du nombre de personnes atteintes par cette maladie constitue un problème majeur de santé publique. Le cancer appartient au groupe des maladies néoplasiques, c‟est-à-dire liées à une prolifération cellulaire anormale de type anarchique.
A l‟heure actuelle, la chimiothérapie anticancéreuse, indispensable pour le traitement des leucémies et des métastases, reste très utilisée grâce à ses indications de plus en plus étendues, les produits dispensables étant également de plus en plus nombreux et performants. L‟objectif de cet outil thérapeutique est de traiter le malade par des molécules capables de réduire la prolifération de cellules cancéreuses. Les quinoléines de par leur effet cytotoxique sont de plus en plus utilisées en chimiothérapie anti cancéreuse.69
L’activité anti-tumorale des dérivés quinoléiques a été aussi décrite dans la Parmi les molécules actives, on peut citer les dérivés 4-[(3-diméthylamino) propylamino]nitroquinoléine.

Méthodes de synthèse des dérivés de la quinoléine

La quinoléine et ses dérivés sont connus pour leur large spectre de propriétés pharmacologiques. Un certain nombre de méthodes de synthèse ont été développées par des voies classiques, homogènes et hétérogènes, catalysées par un acide, par des terres rares, par des métaux de transition, par catalyse radicalaire ainsi que des conditions assistées par micro-ondes, activées par ultrasons ou sans solvant.
La grande attention accordée par les chercheurs à l’étude des dérivés de la quinoléine s’explique par le large éventail d’activités biologiques mis en évidence ci-dessus. En raison de cette importance, il y a eu un intérêt croissant pour le développement de méthodologies efficaces pour la synthèse de dérivés de quinoléine. Un certain nombre de protocoles établis existent pour la synthèse des composés de quinoléine qui sont décomposés répartis en classes sur la base du modèle de substitution des matières premières.
Le motif quinoléine a été généralement synthétisé par diverses réactions conventionnelles telles que Skraup, Doebner-Von Miller, Pfitzinger, Friedlander, Conrad-Limpach et Combes (Schéma I.2).103

Les phosphonates naturels

Les composés possédant une liaison carbone-phosphore dans leur structure sont rares parmi les produits naturels. À ce jour, seulement une vingtaine de phosphonates naturels ont pu être isolés et caractérisés. Ces molécules ont été extraites de microorganismes mais aussi d’animaux terrestres et aquatiques121. Cette rareté les rend uniques puisque la plupart d‟entre eux présentent une activité biologique importante et intéressante. Il est à noter que des propriétés antibactériennes, antivirales, antibiotiques, pesticides ou anticancéreuses122 ont été observées chez plusieurs composés de ce type. Leur activité serait reliée à la nature relativement inerte du lien C-P mais aussi aux similitudes physiques entre les groupements acides phosphoniques, les phosphates et les acides carboxyliques.123 Cette dernière caractéristique expliquerait leur capacité à inhiber plusieurs processus enzymatiques.124

Le premier composé naturel isolé contenant un lien C-P est l’acide 2- amino-éthyl-phosphonique (AEP) (Figure I.26). Il a été isolé d’un protozoaire pour la première fois en 1959. C’est un des phosphonates les plus abondants dans la nature. En effet, depuis sa découverte, il a été isolé de plusieurs autres sources différentes (invertébrés marins, microorganismes, humains)125.

Les dérivés des phosphonates

Les phosphonates sont généralement subdivisés en six grandes classes :

Les α-aminophosphonates

Les composés α-aminophosphonates constituent une famille spécifique de phosphonates largement diffusés, elles participent à de nombreux processus biologiques importants, la présence de l’atome d’azote dans les α-aminophosphonates augmente leur pouvoir chélatant vis-à-vis des métaux et la stabilité des complexes formés.

Parmi cette catégorie d‟aminophosphonates, les acides α-aminophosphoniques sont les composés les plus importants en raison de leurs structures analogues à celles des acides aminés (Figure I.27) dans laquelle le groupe carboxylique –COOH est remplacé par l‟acide phosphonique–P(O)(OH)2.

Activité pharmacologique des phosphonates

Les phosphonates, particulièrement les α-aminophosphonates sont largement utilisés dans la biologie et dans la médecine. Ainsi, les phosphonates couvrent un large domaine d‟applications allant des herbicides, insecticides et fongicides à des composés plus intéressants pour l’être humain, tels que : anti-HIV, anticancéreux, antibactériens et antioxydants.
Aujourd‟hui, le marché est riche en médicaments préparés à partir des phosphonates et leurs dérivés. Dans la suite, on cite quelques travaux concernant l‟application de ces composés dans la biologie et quelques médicaments à base de phosphonates déjà existants dans le marché.
Les phosphonates ont suscité l‟intérêt de la communauté scientifique et le nombre d‟études concernant leur synthèse ou leur activité biologique ne cesse d‟accroître.131 132 La raison d‟un tel engouement provient principalement de la différence de stabilité relative des groupements phosphate et phosphonate. Beaucoup de phosphonates ont des applications en médecine, par exemple les époxyphosphonates qui sont utilisés comme antibactériens, les analogues nucléosidiques phosphonates comme des antiviraux, et les bisphosphonates en tant que médicaments pour le traitement des maladies osseuses multiples.133

Réaction de Kabachnik-Fields

De nombreuses stratégies ont été développées pour synthétiser des α-aminophosphonates. Parmi ces stratégies, la réaction de Kabachnik-Fields. Cette réaction, a été découverte par Kabachnik et Medved173 et par Fields174 en 1952. C‟est une réaction à trois composants s’effectuant en „one pot‟ (Schéma I.19). Elle est réalisée à partir d’une amine, d’un dérivé carbonylé (aldéhyde ou cétone) et d’un dérivé hydrophosphoryle. Cette réaction peut être conduite en présence ou en absence de solvant et de catalyseur et le dérivé hydrophosphoryle le plus utilisé est un hydrogénophosphonate de dialkyle.

Alternatives synthétiques envisagées

Mise au point des conditions réactionnelles

Comme nous l’avons déjà indiqué, la réaction de Kabachnick-Fields dépend fortement des catalyseurs, ainsi que des réactifs et des solvants utilisés. Plusieurs conditions expérimentales ont été mises au point pour développer cette réaction, c‟est pourquoi nous avons essayé d‟adapter des conditions opératoires appropriées. La recherche des conditions optimales a été menée avec 3 dérivés de quinoléine (3a, 3b, 3c) avec le 2-amino-phénol et le triéthylphosphite et en faisant varier:

. le catalyseur

. le solvant

. La température

. le rapport stœchiométrique

Premiers essais :

Nous avons examiné tout d’abord la possibilité de synthétiser l‟α-aminophosphonate 4a à partir d‟une condensation directe entre le 2-chloro-3-formyl-quinoléine et le 2-aminophénol avec le triéthylphosphite en une seule étape et sans aucun solvant à température ambiante. En revanche, le produit désiré a été isolé après 30 min avec un très faible rendement. Des efforts consentis afin d‟améliorer ce modeste résultat ont été déployés, et donc nous avons cherché, à définir les paramètres optimaux (la quantité du catalyseur, l‟influence de solvant, la température et le rapport stœchiométrique de réactifs), c-à-d les conditions qui nous donnent le produit désiré avec le meilleur rendement en un minimum de temps. La réaction a été suivie par CCM.

Influence du solvant et du catalyseur

Initialement, nous avons examiné la même réaction précédente dans l‟acétonitrile mais en absence du catalyseur. Une quantité équimolaire de quinoléine, d‟aminophénol et de triéthyle phosphite réagit à température ambiante. Le produit s‟est formé au bout d‟une heure de temps, donnant un rendement faible.

D’autre part, afin d’examiner l’effet du solvant, et pour améliorer encore ces premiers résultats, nous avons étudié cette réaction en utilisant différents solvants tels que l‟EtOH, CH2Cl2, DMF, toluène, en chauffant à reflux. C’est dans ce dernier cas que le meilleur rendement relatif a été obtenu. Cependant, l‟application de ces conditions réactionnelles dans notre synthèse conduit à une diminution de rendement. Ceci s‟explique probablement par la faible solubilité de la quinoléine. Ce résultat montre que le solvant n’a aucune influence sur le déroulement de la réaction, ce qui nous a incités à réaliser la réaction sans solvant.

La réaction de Kabachnik-Fields peut-être catalysée par diverses bases238, ou divers acides de Lewis comme le chlorure de diméthyle aluminium239, le tri-fluorure de bore240, le tétrachlorure d‟étain241. Notre réaction a donc été étudiée en présence d’une série de catalyseurs, tels que : TEA, AlCl3, l’acide p-toluène sulfonique, et aucune conversion de la quinoléine n‟a été observée et les rendements sont très faibles.

Le chlorotriméthylsilane (TMSCl) se révèle être meilleur catalyseur d‟après les résultats publiés par Pokalwar et al.,242 qui ont développé une méthode simple, facile avec des hauts rendements pour la synthèse de nouveaux α-aminophosphonates en faisant réagir les imines obtenus à partir du 2-chloroquinolin-3-carbaldéhyde, avec le triéthylphosphite en présence de TMSCl. Nous avons procédé ainsi, et après plusieurs essais sur la quantité de catalyseur et de substrat, le solvant et la température réactionnelle, finalement le produit désiré a été isolé après 2h de réaction mais avec un rendement de 30%, il nous est alors apparu, que le TMSCl n‟est pas le catalyseur de choix.

De la même manière que ce que nous avons effectué précédemment, toutes nos tentatives ont échoué et le produit attendu est obtenu à l‟état de traces. Cependant, la réaction était toujours lente et les rendements ont été également très médiocres. De plus, nous avons testé l’effet énergétique, en utilisant différentes températures. Devant les résultats obtenus en utilisant des solvants organiques, la formation d‟α-aminophosphonate semble être efficace dans le toluène à des températures élevées. Tout d‟abord, la réaction a été testée dans le toluène sous différentes températures en commençant à partir de 50 °C, puis à 100°C et enfin 150 °C. Selon les résultats obtenus, la réaction à 150 °C a montré une amélioration de rendement comparativement aux autres températures utilisées.
Enfin, nous avons étudié le rapport stœchiométrique 1/1/1 éq et 1/1/2 éq de quinoléine, d‟aminophénolet de triéthyle phosphite respectivement, pas de changement de rendement dans le premier cas et une consommation partielle du tri-éthyle phosphite a été remarquée dans le deuxième rapport.

Étude de la séquence réactionnelle vis-à-vis des aldéhydes quinoléiques

D‟après les résultats représentés dans le tableau ci-dessus et après la mise au point des meilleures conditions opératoires, et en accord avec les résultats habituellement observés, il apparaît que :
Non seulement le LI [TEAA] et les irradiations à ultrasons, mais aussi les substrats ont une influence sur le rendement et le temps de la réaction. Les quinolones (entrées 5a-m), étant plus réactives que les quinoléines (entrées 4a-g), et donnent des rendements quantitatifs et une conversion d‟aldéhyde généralement totale, et la formation des imines s‟est avérée très rapide. En plus, on remarque ainsi que la vitesse et le rendement de la réaction dépendent également des substituants du noyau quinoléique.
En regardant les résultats obtenus, la réaction qui utilise les dérivés de 2-chloroquinoléin-3-carbaldéhyde ou quinolon-3-carbaldéhyde avec le 2-aminophénol a donné les produits désirés 4a-g et 5a-m des rendements excellents et le temps de réaction très réduit. Par contre, la réaction effectuée avec la 2-aminopyridine sous des conditions similaires produisent les composés attendus avec de bons rendements mais dans un temps de réaction plus long.

Étude spectrale

L‟identification des structures des nouveaux produits d‟α-aminophosphonates préparés, a été réalisée à l‟aide de plusieurs techniques d‟analyses spectroscopiques usuelles : RMN 1H, RMN 13C, RMN 31P, RMN 2D COSY, HSQC, HMBC et ESI.
Spectroscopie RMN 1H : Tous les composés quinoléiques synthétisés sont caractérisés en RMN du proton par un signal porté par le carbone asymétrique (P-*CH), qui résonne sous forme d‟un doublet de doublet (dd) vers δ=5.1-5.3 ppm avec une constante de couplage J =11.8 Hz et JH-P = 5.4 Hz, suite au couplage de ce proton avec le proton du groupement voisin NH et avec le phosphore. L‟apparition de deux triplets qui correspondent aux protons méthyliques du groupement phosphonate à 1.23 et 1.25 ppm et un massif caractéristique aux protons du groupement méthylène (2CH2-CH3) d‟intégration 4H résonne entre 3.59-4.46 ppm. Les protons aromatiques sont observés dans la zone habituelle à 7.1-8.2 ppm.
Spectroscopie RMN 13C : les structures sont confirmées par l‟apparition d‟un pic du carbone asymétrique P-C*H qui résonne vers 52.7-53.9 ppm, ainsi que par l‟existence de deux nouveaux signaux vers 16 et 64 ppm correspondant au groupement CH3CH2O de la fonction phosphonate introduite dans la molécule. La présence des pics des cycles aromatiques dans l‟intervalle [120-140] confirme la formation des α-aminophosphonates.
Spectroscopie RMN 31P : les structures ont été confirmées par le signal vers 18.94-24.62 ppm, qui montre la présence d‟un atome de phosphore (P).
Spectroscopie RMN 2D COSY : les structures des composés synthétisés ont été encore confirmées par les corrélations proton-proton possibles, où on peut observer des pics croisés définis entre les protons du groupement phosphonate, le NH et le carbone asymétrique.
Spectroscopie RMN 2D HSQC : L‟élucidation de la structure des composés est confirmée par l‟étude du spectre HSQC. Les corrélations proton-carbone (corrélation 1-2), dans lequel nous avons pu associer chaque carbone à l‟hydrogène qu’il porte.

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Table des matières

Introduction générale
CHAPITRE I Étude bibliographique sur les quinoléines et les phosphonates
Introduction
I.1. Intérêts biologiques des dérivés quinoléiques
I.1.1. Activité anti-malarique
I.1.2. Activité analgésique
I.1.3. Activité antibactérienne
I.1.4. Activité anti-inflammatoire
I.1.5. Utilisation en chimiothérapie et activité antitumorale
I.1.6. Activité antivirale
I.1.7. Activité antifongique
I.1.8. Maladie de Parkinson et d‟Alzheimer
I.1.9.Maladie d‟épilepsie
I.1.10. Activité cardiovasculaire
I.1.11. Autres activités
 Exemples d‟activités spécifiques récentes de quelques dérivés de la quinoléine
I.2. Méthodes de synthèse des dérivés de la quinoléine
I.2.3. Synthèses multi-composants
I. 3. Généralités sur les composés organophosphorés
I.3.1. Classes de composés organophosphorés
I.3.1.1. Les phosphonates
I.3.1.2. Les phosphonates naturels
I.3.2. Domaine d‟application des phosphonates
I.3.3. Activité pharmacologique des phosphonates
I.4. Synthèse des phosphonates
I.4.1. Réaction de Michaelis-Arbuzov
I.4.2. Réaction d‟Abramov et Pudovik
I.5. Synthèse des α-aminophosphonates
I.5.1. Réaction de Kabachnik-Fields
I.5.2. Exemples de synthèse d‟α-aminophosphonates dans des conditions vertes
I.5.2.1. Utilisation des irradiations micro-ondes
I.5.2.2. Utilisation des irradiations ultrasoniques
1.5.3.3. Utilisation des liquides ioniques
 Historique
 Propriétés physico-chimiques des liquides ioniques
 Structures des liquides ioniques
 Applications des liquides ioniques
Conclusion
CHAPITRE II Résulats et discussion
Présentation de notre étude
II.1. Synthèses des précurseurs
II.1.1. Préparation des acétanilides
II.1.2. Préparation des dérivés de 2-chloroquinoléin-3-carbaldéhydes
 Mécanisme de formation de 2-chloroquinolin-3-carbaldéhyde
II.1.3. Préparation des 3-formyl-2-quinolones
II.2. Alternatives synthétiques envisagées
II.2.1. Mise au point des conditions réactionnelles
II.2.2. Influence du solvant et du catalyseur
II.2.3. Influence des irradiations ultrasons et des liquides ioniques
II.2.4. Étude de la séquence réactionnelle vis-à-vis des aldéhydes quinoléiques
II.4. Partie expérimentale
II.4.1. Appareillage
II.4.2. Préparation des acétanilides
 Mode opératoire général
II.4.3. Préparation des dérivés de 2-chloro-3-formylquinoléines
 Mode opératoire général
II.4.4. Préparation des dérivés de 3-formylquinolone
 Mode opératoire général
II.4.5. Synthèse et caractérisations physicochimiques des molécules α- aminophosphonates
 Mode opératoire général
Conclusion
CHAPITRE III Evaluation biologique
Introduction
III.1. Stress axydant
III.2. Effets des radicaux libres
III.3. Les antioxydants
III.4. Les composés phénoliques et leur activité anti-oxydante
III.5. Evaluation de l‟activité anti-oxydante des molécules synthétisées
III.5.1. La mesure du pouvoir anti-radicalaire par le radical DPPH
III.5.2. La Mesure du pouvoir anti-radicalaire par le radical ABTS•+
III.5.3. Test de la capacité anti-oxydante par réduction du cuivre (CUPRAC)
III.5.4. Test de pouvoir réducteur au ferricyanure de potassium (FRAP)
III.5.5. Test de blanchiment de β-carotène
III.5.6. Analyse de la capacité anti-oxydante par le piégeage du radical hydroxyle
III.5.7. L‟activité anti-oxydante par phénanthroline
III.5.8. Activité de piégeage des radicaux galvinoxyl
III.6. Activité anti-Alzheimer
III.6.1. La Maladie d‟Alzheimer
III.6.2. Inhibiteurs de l‟acétylcholinestérase
III.6.3. Le test d‟Ellman
III.7: Résultats et discussion
III.7.1 : Activité anti-radicalaire au DPPH
III.7.2 : Piégeage du radical libre ABTS
III.7.3. Le test CUPRAC (Cupric Reducing Antioxidant Capacity)
III.7.4. Le test du pouvoir réducteur (FRAP)
III.7.5. Le test de phenanthroline
III.7.6. Test de β-carotène
III.7.7. Le test galvinoxyl radical (GOR)
III.3. Activité enzymatique
III.3.1. Activité Anti-cholinestérase
Conclusion
CHAPITRE I Étude bibliographique sur les sulfamides / sulfonamides et cyclosulfamides
Introduction
I. 1. Intérêt pharmacologique des sulfamides et sulfonamides
I.1.1. Sulfamides antibactériens
I.1.2. Sulfamides antidiabétiques
I.1.3. Sulfamides diurétiques
I. 2. Aperçu bibliographique sur la synthèse des sulfamides / sulfonamides
I. 2.1. A partir d‟α-aminoester
I. 2.2. A partir d‟un acide aminé
I. 2.3. A partir de 3,5-trifluorométhyl aniline
I. 2.4. A partir de l‟isocyanate de chlorosulfonyle
I. 3. Aperçu bibliographique sur l‟activité thérapeutique des cyclosulfamides (1,2,5- thiadiazolidin-1,1-dioxyde)
I. 4. Synthèse de dérivés de 1,2,5- thiadiazolidin-1,1-dioxyde
I. 4. 1. A partir d‟éthyle diamine
I. 4. 2. A partir d‟unhalogénoalcool
I. 4. 4. A partir d‟une aziridine
Conclusion
CHAPITRE II Résultats et discussion
Présentation de notre étude
II.1. Préparation de sulfamides et sulfonamides
II.1.1. Synthèse des N-carboxylsulfamides
II.2. Synthèse des sulfamidophosphonates 6a-n et cyclosulfamidophosphonates 7a-d
II.3. Mécanisme réactionnel général proposé

II.4. Étude spectrale
II.5. Partie expérimentale
II.5.1. Préparation de carboxysulfamides
II.5.2. Déprotection des carboxylsulfamides
II.5.3. Synthèse et caractérisations physico-chimiques des molécules α- sulfamidophosphonates/sulfonamidophosphonates 6a-n et cyclosulfamidophosphonates 7a-d
Conclusion
CHAPITRE III Evaluation biologique
Introduction
III.1. Définition de quelques souches bactériennes
III.2. Evaluation de l‟activité antibactérienne des sulfamidophosphonates synthétisés (6a-n et 7a-d)
III.2.1. Principe
III.2.2. Matériel biologique
III.2.3. Détermination de la zone d‟inhibition des produits vis-à-vis des souches bactériennes
 Protocole
III.2.4. Détermination de la Concentration Minimale Inhibitrice (CMI)
 Protocole
III.2.5. Détermination de la CMB (Concentration Minimale Bactéricide)
III.3. Evaluation de l‟activité antifongique
III.3.1. Les champignons phytopathogènes
III.3.2. Préparation des produits
III.3.3. Préparation du milieu de culture
III.3.4. Protocole
III.3.5. Evaluation du taux d‟inhibition de la croissance mycélienne
III.4. Résultats et discussion
III.4.1. Evaluation de l‟activité antibactérienne des nouveaux composés 6a-n et 7a-d
 III.4.1.1. Détermination de la zone d‟inhibition
III.1.2. Détermination de la CMI et CMB
III.4.2. Evaluation de l‟activité antifongique des nouveaux composés α- sulfamidophosphonates 6a-n et cyclosulfamidophosphonates 7a-d
Conclusion
Conclusion générale
Perspectives