Selective poly-hetero-functionalization of cyclodextrins : realization of the hexadifferentiation of alpha-cyclodextrin and the pentadifferentiation of beta-cyclodextrin

Poly-hétéro-fonctionnalisation sélective des cyclodextrines : réalisation de l'hexadifférentiation de l'alfa-cyclodextrine et de la pentadifférentiation de la -béta-cyclodextrine

• Auteur / Autrice : Bo Wang
• Direction : Yongmin Zhang, Matthieu Sollogoub
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie Organique
• Date : Soutenance le 07/07/2015
• Etablissement(s) : Paris 6
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Chimie moléculaire de Paris centre (Paris ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut parisien de chimie moléculaire (2009-....)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Françoise Colobert, Franck Ferreira
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : José Manuel García Fernández, Jean-Luc Parrain

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cyclodextrines

Réactions chimiques régiosélectives

Mots clés libres

Cycles concaves

Cyclodextrines

Hydrure de diisobutylaluminium

Régiosélective

Hexadifférentiation

Heptadifférentiation

Concave cycles

Cyclodextrin

Résumé

La fonctionnalisation des cycles concaves du symétrie Cn, en particulier leur post-fonctionnalisation, est importante pour leur nature et leurs applications. Au cours des dernières décennies, beaucoup de travail a été investi dans le développement de méthodes simples et efficaces pour ce fait. De grands progrès ont été réalisés concernant la fonctionnalisation des cyclodextrines, particulièrement depuis la découverte de la réaction de débenzylation utilisant DIBAL-H (l’hydrure de diisobutyl aluminium). Basés sur cette réaction et les méthodes de déprotection sélectives, divers motifs de l’hétéro- fonctionnalisation comportant de 2 à 3 fonctions differentes sont maintenant accessibles du façon sélective. Toutefois, les motifs plus complexes, comme l’hexadifférentiation de l’α-cyclodextrine et l’heptadifférentiation de la β-cyclodextrine, étaient encore inaccessibles. Tout d'abord, nous avons combiné les méthodes de déprotection sélectives établies précédemment, pour synthétiser, pour la première fois, l'α-cyclodextrine hexadifférenciée inédite sur laquel chaque unité de glucose possède une fonction différente. Cette réalisation ouvre la voie d’accès à toutes les 7826 combinaisons possibles de 6 fonctions sur une α-cyclodextrine. Ensuite, la réactivité du DIBAL-H a été étudiée sur des α-cyclodextrines fonctionnalisées avec des atoms de soufre et de selenium, et deux méthodes sélectives: la réaction tandem de debenzylation/reduction de thioester et une nouvelle stratégie de ''frustration'' ont été mise à jour, ce qui permettent l'accès à de nouveaux motifs de fonctionnalisation de cyclodextrines. Beaucoup d'efforts ont également été faits pour atteindre la β-cyclodextrine heptadifférenciée. La stratégie initiale utilisant les amines a seulement donné des motifs tétradifférenciées probablement à cause de la coordination entre les amines et les réactifs aluminium. Enfin, l'utilisation de la réaction tandem de débenzylation/réduction de thioester, nous a permis d'accéder à des cyclodextrines pentadifférenciées, qui doivent encore subir deux réactions de débenzylation successives pour atteindre la β-cyclodextrine heptadifférenciée avec des thioéthers différents sur sa couronne primaire.

Functionalization of Cn-symmetric concave cycles, especially their post-functionalization, has an important impact on their nature and their applications. In the past few decades, plenty of work has been invested in the development of simple and efficient methods. Great progress has been made concerning functionalization of cyclodextrins particularly since the discovery of the DIBAL-H-mediated debenzylation reaction. Based on this reaction and well-established site-directing rules, various cyclodextrin patterns are now accessible. However, the patterns with the higher level of complexity, i.e. hexadifferentiation of α-cyclodextrin and heptadifferentiation of β-cyclodextrin, were still out of reach. Firstly, we combined the previously delineated site-directing rules to synthesize, for the first time, the ultimate hexadifferentiated α-cyclodextrin on which each glucose unit possesses a different function. It opens the way to the synthesis of all 7826 possible combinations of 6 functions on α-cyclodextrin. Then the reactivity of DIBAL-H was studied on sulfur- and selenium-derived α-cyclodextrins, and two site-directing methods: tandem thioester-reduction/debenzylation and a new “frustration” strategy were disclosed, which enable the preparation of new patterns of cyclodextrins. Much efforts were also paid to reach heptadifferentiated β-cyclodextrin. The initial amine strategy only gave the tetradifferentiated patterns probably due to the coordination between amine and aluminum reagents. Finally, utilization of the uncovered tandem thioester-reduction/debenzylation method allowed us to access pentadifferentiated patterns, which still need to undergo two successive debenzylation reactions to reach the ultimate heptadifferentiated β-cyclodextrin with different thioethers on its primary rim.