Synthèse assistée par les étiquettes fluorées (F-Tag) d'oligosaccharides et de structures partielles de peptidoglycans pour la préparation d'antigènes et d'adjuvants définis

Light fluorous-tag-assisted synthesis of oligosaccharides and peptidoglycan partial structures for the preparation of defined carbohydrate vaccine antigens and adjuvants

• Auteur / Autrice : Idris Habibu Mahmud
• Direction : Peter Goekjian
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie organique
• Date : Soutenance le 09/12/2021
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de Chimie (Lyon ; 2004-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Claude Bernard (Lyon ; 1971-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : ICBMS - Institut de Chimie et Biochimie Moléculaires et Supramoléculaires - UMR 5246 (Villeurbanne, Rhône)
• Jury : Président / Présidente : Bruno Andrioletti
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Peter Goekjian, Stéphanie Norsikian, Nicola Pohl, Ndidi Ngwuluka, Stéphane Chambert
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Stéphanie Norsikian, Nicola Pohl

Mots clés

Mots clés contrôlés

Résolution (chimie)

Marquage au fluor

Disaccharides

Oligosaccharides

Mots clés libres

Tag fluoré

Oligosaccharides

Peptidoglycane

Antigènes

Adjuvants

Fluorous tag

Oligosaccharides

Peptidoglycan

Antigens

Adjuvants

Résumé

Dans un but de recherches de molécules immunologiquement actives, nous avons visé la construction de saccharides antigéniques partiels et d'analogues de disaccharides peptidoglycanes riches en glycosamines, en utilisant de nouvelles étiquettes fluorées amides en C2 de longueur de chaîne variable. L'amide fluoré a contrôlé avec succès la stéréochimie anomérique par une participation anchimérique en C2 au cours de la synthèse de disaccharides, de trisaccharides et d'autres composés modèles. Dans notre effort initial d'employer une stratégie de double-marquage fluoré pour la préparation de disaccharides β(1-3) de glucosamine modèles, un panel d'accepteurs et de donneurs de glycosides fluorés ont été préparés et purifiés par chromatographie traditionnelle sur colonne de gel de silice. La glycosylation avec double marquage a été entravée par des accepteurs de glycosides fluorés peu solubles et peu réactifs. La CCM fluorée s'est avérée à la fois efficace et essentielle pour récupérer le donneur de glycoside, l’accepteur de glycoside et le disaccharide couplé dans ces réactions à faible rendement. Dans une approche alternative, la glycosylation traditionnelle à simple marqueur fluoré a été testée avec des accepteurs de glycoside non-fluorés préalablement préparés, et a ainsi révélé la tendance de désactivation de l'amide fluoré >> au NH-amide > au phtalimide, comme le confirment les rendements isolés relatifs, suggérant la désactivation de l'hydroxyle nucléophile par la liaison hydrogène de l’amide comme facteur significatif dans leur faible réactivité en tant qu'accepteurs de glycoside. Dans cette stratégie, des accepteurs 2-azido ont été préparés et ont fourni avec succès les disaccharides de glucosamine β(1-3) visés. Les dérivés de glucosamine marqués par un amide fluoré se sont révélés être des donneurs de glycoside très efficaces. De plus, ces progrès nous ont inspirés à étendre davantage la synthèse à une structure partielle trisaccharidique et à un peptidoglycane disaccharide de cytotoxine trachéale (TCT). La synthèse des trisaccharides nous a permis d'effectuer une stratégie de « marquage au fluor différentiel après de fait » pour le contrôle du troisième stéréocentre formé et la synthèse iterative. La fonction principale de la chimie du fluor ici, cependant, était également de permettre une purification rapide des intermédiaires synthétiques et des composés cibles. Les monosaccharides marqués au fluor ont été efficacement purifiés par chromatographie sur colonne de gel de silice standard, mais d'autres intermédiaires et molécules cibles n'ont pas pu être purifiés par cette méthode. En raison de l'indisponibilité du gel de silice fluoré et des colonnes fluorées, nous avons testé les colonnes perfluorophényle. Nos données expérimentales ont révélé que les interactions fluorophiles et hydrophobes entre les composés synthétiques et la colonne PFP a fourni une bonne résolution. D'autres études sur l'utilisation de la colonne de phase inverse ont donné des résultats HPLC similaires. De plus, le gel de silice fluoré préparé dans notre groupe a démontré un pouvoir de résolution considérablement amélioré afin de purifier rapidement les intermédiaires synthétiques par rapport au gel de silice traditionnel.

In the quest for immunologically active molecules, we aimed towards the construction of glycosamine-rich partial antigen saccharides and peptidoglycan disaccharide analogs using novel C2 fluorous amide tags of varying chains length. The fluorous amide successfully controlled the anomeric stereochemistry by anchimeric C2-participation in the synthesis of disaccharides, trisaccharide and other model compounds. In our initial effort to employ this method for the preparation of model glucosamine β(1-3) disaccharides, a panel of fluorous tag glycoside acceptors and donors were prepared and purified by traditional silica gel column chromatography. Double-fluorous tag glycosylation was hampered by poorly soluble and poorly reactive fluorous glycoside acceptors. Fluorous TLC was found to be both effective and essential in order to recover the glycoside donor, acceptor and coupled disaccharide in these low yielding reactions. In an alternative approach, traditional single-fluorous tag glycosylation was tested with previously prepared non-fluorous glycoside acceptors, and thus revealed the deactivation trend effect from fluorous amide >> to NH-amide > to phthalimide as confirmed by the relative recovered yields, suggesting the deactivation of the nucleophilic hydroxyl by the amide hydrogen bond as the significant factor in their poor reactivity as glycoside acceptors. In this strategy, 2-azido acceptors were prepared and successfully furnished the desired glucosamine β(1-3) disaccharides. The fluorous amide-tagged glucosamine derivatives were shown to be very effective glycoside donors. Additionally, this progress inspired us to further extend the synthesis to trisaccharide partial structure and a tracheal cytotoxin (TCT) peptidoglycan disaccharide. The trisaccharide synthesis allowed us to perform a “differential fluorous tagging afterwards” strategy for the control of a newly formed stereocenter. The primary function of fluorous chemistry here, however, was also to allow for facile purification of synthetic intermediates and the target compounds. All fluorous-tagged monosaccharides were efficiently purified by standard silica gel column chromatography, but further intermediates and target molecules failed to be purified by this method. Due to unavailability of fluorous silica gel and fluorous columns, we tested the perfluorophenyl columns. Our experimental data revealed the fluorophilic and hydrophobic interaction between the synthetic compounds and the PFP column provided good resolution. Further studies on the use of RP column yielded similar HPLC results. Furthermore, fluorous silica gel prepared in our group has demonstrated a vastly improved resolving power for rapidly purifying synthetic intermediates compared to traditional silica gel.