Développement des nouvelles méthodes pour l’hydrogène isotope exchange catalysé par des nanoparticules métalliques

Development of new methods for the hydrogen isotope exchange catalyzed by metallic nanoparticles

• Auteur / Autrice : Alberto Palazzolo
• Direction : Grégory Pieters
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 27/09/2019
• Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences chimiques : molécules, matériaux, instrumentation et biosystèmes (Orsay, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Service de Chimie Bio-Organique et de Marquage
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Paris-Sud (1970-2019)
• Jury : Président / Présidente : Damien Prim
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Grégory Pieters, Damien Prim, Montserrat Gomez, Piet W. N. M. van Leeuwen, Sébastien Roy, Dieter Muri, Vincenzina Barbera
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Montserrat Gomez, Piet W. N. M. van Leeuwen

Mots clés

Mots clés contrôlés

Radiochimie

Catalyse

Nanoparticules

Mots clés libres

Deuteration

Tritiation

C-H activation

Radiochimie

Deuteration

Tritiation

C-H activation

Radiochemistry

Résumé

Les composés marqués aux isotopes de l’hydrogène possèdent des nombreuses applications lors des phases précliniques de développement des médicaments. Par exemple, les composés deutérés sont utilisés comme étalons internes dans la quantification par LC-MS de métabolites alors que les molécules tritiées sont souvent des radiotraceurs de choix dans les études d’absorption, distribution, métabolisme et excrétion (ADME) moléculaire des candidats médicaments. Après une brève introduction, un premier chapitre discutera du développement d’une méthode douce et sélective, catalysée par des nanoparticules de ruthénium, qui permet d’effectuer le marquage en une étape de bases azotées et de médicaments dérivés. En changeant le ligand qui stabilise le nanocatalyseur, on a réalisé des échanges isotopiques compliqués tels que des tritiations en utilisant une pression sous-atmosphérique de tritium gaz et des deutérations d’oligonucleotides sensibles. Le chapitre suivant décrira la modification des catalyseurs commerciaux à base de ruthénium grâce à la coordination de carbènes N-hétérocycliques (NHCs). La modification assure une régio- et une chimiosélectivité améliorées lors de la deutération d’alcools aliphatiques. Certains des catalyseurs modifiés ont permis l’échange hydrogène/deutérium sur des molécules, particulièrement sensibles à la réduction, qui n’ont pas pu être isolées en utilisant le catalyseur commercial. Dans le dernier chapitre, la synthèse et l’évaluation de l’activité catalytique des nanoparticules à base d’iridium seront discutées. Ces nanocatalyseurs ont démontré une réactivité intéressante dans le marquage des composés complexes. Dans certains cas, les nanoparticules d’iridium ont permis l’incorporation de deutérium sur des positions inhabituelles en comparaison avec d’autres réactions d’échange isotopique déjà décrites.

Hydrogen isotopes labelled compounds possess a broad range of application in the early pre-clinical phases of drug development process. For instance, deuterated compounds are applied as internal standard in quantitative LC-MS techniques while tritiated molecules are often the preferred radioactive tracers for the study of molecular absorption, distribution, metabolism and excretion (ADME). After a brief introduction, a first chapter will discuss the development of a mild and selective method to perform late stage labelling of variously functionalized nucleobases and drug analogues catalyzed by ruthenium nanoparticles. By changing the ligand which stabilizes the nanocatalyst, we achieved challenging isotopic exchanges such as tritiations of pharmaceuticals using subatmospheric pressure of tritium gas and deuteration of sensible oligonucleotides. The next chapter will describe the modification of commercially available ruthenium nanocatalysts via the coordination of N-Heterocyclic carbenes (NHCs). The modification granted enhanced regio and chemoselectivity for the deuteration of aliphatic alcohols. Some of the modified ruthenium catalysts allowed the hydrogen/deuterium exchange on easily reducible compounds which were not obtainable using the unmodified commercial catalyst. The final chapter will discuss the synthesis and the evaluation of the catalytic activity of iridium nanoparticles. The latter, showed an interesting reactivity for the labelling of challenging substrates. In some of the investigated compounds, IrNps were able to introduce deuterium with unusual regioselectivities compared to already described hydrogen isotope exchange reactions.