Synthèse de porphyrines chirales : application en oxydation asymétrique et application antiparasitaire et anticancéreuse

Synthesis of chiral porphyrins : Application in asymmetric oxidation and applications as anticancerous and antiparasitic agents

• Auteur / Autrice : Zahra Abada
• Direction : Bruno Figadère
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Synthèse organique
• Date : Soutenance le 01/02/2012
• Etablissement(s) : Paris 11
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Innovation Thérapeutique : du Fondamental à l'Appliqué (Châtenay-Malabry, Haut-de-Seine ; 2000-2015)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Biomolécules : conception, isolement, synthèse (Châtenay-Malabry, Hauts-de-Seine ; 2002-....)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Bruno Figadère, Jean-Pierre Mahy, Bernardin Akagah Mwamba, Philippe Loiseau
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Gérard Simonneaux, Eric Rose

Mots clés

Mots clés contrôlés

Anticancéreux

Emploi en thérapeutique

Antiparasitaires

Catalyse asymétrique

Photochimiothérapie

Chiralité

synthèse chimique

Porphyrines

Mots clés libres

Thérapie photodynamique

Synthèse asymétrique

Cible antiparasitaire

Cible anticancéreuse

Synthesis of chiral porphyrins

Olefin enantioselective oxidation

Chiral catalysis

Asymmetric synthesis

Antiparasitic therapy

Cancer therapy

Photodynamic therapy

Résumé

Les molécules chirales représentent environ 60% des médicaments présents sur le marché pharmaceutique et plus de 80% des médicaments en développement avec plus de 150 milliards de dollars de chiffre d’affaire pour l’année 2002. Les intermédiaires chiraux sont fortement demandés dans l’industrie pharmaceutique atteignant 15 milliards de dollars de chiffre d’affaire en 2009. D’autres domaines en sont demandeurs avec une répartition d’environ 15% dans l’agrochimie et 5% pour la parfumerie. L’obtention de composés d’intérêt pharmaceutique de façon asymétrique est un réel défi et une réelle nécessité. Ces molécules possèdent une architecture spatiale qui entraîne des interactions spécifiques et des affinités particulières avec les enzymes ou des récepteurs biologiques chiraux. L’utilisation de catalyseurs pour accéder à des composés organiques chiraux et plus précisément l’oxydation d’alcanes prochiraux ou d’oléfines constitue un domaine en essor ces dernières décennies. Pour parvenir à synthétiser des molécules chirales, l’industrie pharmaceutique s’est tournée vers l’utilisation de biocatalyseurs en partie pour réaliser différentes réactions stéréo-contrôlées avec la nécessité de séparer les mélanges racémiques par résolution enzymatique. Cependant, les biocatalyseurs présentent un inconvénient majeur qui est généralement le faible rendement en composé chiral recherché et nécessite un savoir faire pour la manipulation de ces enzymes. Les métalloporphyrines sont des catalyseurs comportant un macrocycle tétrapyrrolique et différentes fonctionnalisations en positions méso. Ces molécules ont fait l’objet de nombreuses études qui ont conduit à la synthèse de métalloporphyrines chirales très complexes. Malheureusement, leur synthèse est souvent longue avec de faibles rendements et leur application à un nombre limité de substrats ne permet pas leur généralisation. Ce travail de thèse, développé pour la première fois au laboratoire, s’inscrit dans le cadre d'un contrat CIFRE, dans le but de parvenir à la synthèse de porphyrines chirales facilement accessibles, applicables dans des réactions d’oxydation énantiosélectives efficacement (stabilité). Le premier objectif visé est la synthèse de porphyrines chirales dont la structure ciblée comporte des groupements hétérocycliques azotés chiraux en position méso, reliés par une liaison carbone-hétéroatome (C-N). Nous avons pu atteindre 4 séries de porphyrines qui ont été évaluées dans des réactions d’oxydation énantiosélectives (époxydation, hydroxylation). Le deuxième objectif visé est d’exploiter les propriétés électroniques particulières des porphyrines permettant l’application des porphyrines en tant que photosensibilisant après photoactivation en thérapie anticancéreuse. L’étude des paramètres physiques est primordiale pour déterminer la longueur d’onde d’activation et le rendement quantique. Nous avons souhaité utiliser nos porphyrines et leurs précurseurs en tant qu’agents antiparasitaires, sans photoactivation dans un premier temps, conduisant à la découverte d’activités très intéressantes sur certaines espèce de leishmanies. Enfin, leur application sur P. falciparum nous a permis d’isoler une molécule avec une activité très intéressante. Dans les deux cas, des manipulations avec photoactivation sont en cours.

Chiral molecules represent about 60% of drugs in pharmaceutical market and over 80% of drugs in development with more than 150 billion dollars in 2002. Chiral intermediates are in high demand in the pharmaceutical industry producing a turnover of 15 billion dollars in 2009. Other areas are seekers of chiral molecules with a distribution of about 15% in agrochemicals and 5% for the perfume. Asymmetrically production of compounds of pharmaceutical interest is a real challenge. These molecules have a spatial architecture that results in specific interactions and affinity with the enzymes or biological chiral receptors. The use of catalysts to synthesis chiral organic compounds, and more specifically to oxidize alkenes and alkanes having prochiral positions, is a very important area extensively studied in recent decades with few positive results. To achieve the synthesis of chiral molecules, the pharmaceutical industry has turned to the use of biocatalysts, in part, to perform various stereo-controlled reactions with systematically followed by separation of the different isomers by different methodes. However, biocatalysts have a major disadvantage relative to low yields of chiral compound and requires expertise for handling these enzymes. Metalloporphyrins are tetrapyrrolic macrocyle substituted in meso position with various functional groups and incorporating metals (Fe, Mn, Co, Ru). These molecules have been extensively studied and led to the synthesis of many complex chiral metalloporphyrins. Unfortunately, their synthesis is often long with low yields and their application to a limited number of substrates is a major drawback. The first objective of this work is the synthesis of original chiral porphyrins. The targeted structure contains chiral heterocyclic nitrogen groups in two meso positions, connected by a carbon-heteoatom bond (C-N). We were able to reach 4 porphyrins-series that have been evaluated as catalyst in oxidation reactions (epoxidation, hydroxylation). The second objective is to take advantage of specific electronic properties of porphyrins for applications as photosensitizer after photoactivation for cancer by photodynamic therapy. The use of this therapy increased during last decades but poor specificity and solubility of the different porphyrins used in clinic against many cancers prompt us to investigate this area. The study of the physical parameters is essential to determine wavelength activation and quantum yield of a photosensitizer. We wanted to use our porphyrins and their precursors as antiparasitic agents, with and without photoactivation against L. donovani, L. major, T. brucei brucei. Malaria is caused by a protist of the genus of Plasmodium. This parasite has an iron deficiency on one hand and cannot biosynthesize certain amino acids. Strucure analogy of porphyrins with heme led us to evaluate antimalarial activity of several porphyrins against P. falciparum.