Recherche de nouvelles réactions de couplage par criblage immuno-enzymatique

Discovery of coupling reactions using an immunoassay screening

• Auteur / Autrice : Sergii Kolodych
• Direction : Frédéric Taran
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 12/09/2013
• Etablissement(s) : Paris 11
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Chimie de Paris-Sud (Orsay, Essonne ; 2006-2015)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Service de Chimie Bio-Organique et de Marquage
• Jury : Président / Présidente : Emmanuelle Schulz
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Frédéric Taran, Emmanuelle Schulz, Olivier Riant, Gwilherm Evano
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Olivier Riant, Gwilherm Evano

Mots clés

Mots clés contrôlés

Pyrazoles

Catalyseurs au cuivre

Chimie click

ELISA

Technique immunoenzymatique

Mots clés libres

Dosage immuno-enzymatique

ELISA

Chimie click

Réactions de couplage

Criblage à haut débit

Catalyse au cuivre

Pyrazoles

Immunoassay

ELISA

Click chemistry

Coupling reactions

High-throughput screening

Copper catalysis

Pyrazoles

Résumé

La recherche de nouvelles réactions est un des enjeux fondamentaux de la chimie organique. En dehors de l’approche classique basée sur la conception d’une réaction en s’appuyant sur les propriétés chimiques des substrats, une nouvelle approche utilisant le criblage systématique de combinaisons aléatoires de fonctions réactives a été récemment adoptée par plusieurs groupes. Cette stratégie nécessite un outil analytique permettant de cribler un très grand nombre de réactions par jour et d’identifier les meilleures combinaisons conduisant à la formation de produits intéressants. Les travaux de thèse présentés dans ce mémoire s’inscrivent dans le contexte de l’utilisation des techniques de dosages immuno-enzymatiques (ELISA) comme outil de criblage pour la recherche de nouvelles réactions de couplage. Dans un premier temps le criblage de 2688 combinaisons de fonctions réactives et de catalyseurs choisies au hasard a été effectué. Ce criblage a permit de mettre en évidence deux nouveaux couplages en présence de sels de cuivre : une réaction entre les thiourées et les phénols conduisant à la formation des isourées et une réaction entre les N-hydroxythiourées et les alcynes conduisant à la formation des thiazole-2-imines. Dans un second temps le criblage de 2816 combinaisons de fonctions sélectionnées, cette fois-ci, de façon rationnelle a été effectué. Ce criblage a visé la découverte de nouvelles cycloadditions [3+2] répondant aux critères de la chimie « click ». Ainsi l’utilisation de dosage immuno-enzymatique a été étendue à l’optimisation des nouvelles réactions découvertes ainsi qu’à l’évaluation de leurs cinétique, chimiosélectivité et biocompatibilité. Près de 3000 tests complémentaires effectuées sur les « hits » issus du criblage primaire ont ainsi permit de mettre en évidence 4 nouvelles réactions de couplage dont une nouvelle réaction « click » : la cycloaddition sydnone-alcyne catalysée au cuivre (CuSAC). Dans la dernière partie de ce manuscrit les études plus détaillées sur la réaction CuSAC ont été effectuées, notamment l’identification de la structure du produit de couplage et l’étendue du champ d’application de cette réaction. Enfin, l’aspect « click » de la réaction CuSAC a été illustré par l’application de cette réaction au marquage d’une protéine.

Discovery of new reactions is one of the fundamental goals in organic chemistry. In addition to the traditional approach to reaction discovery, consisting in designing a reaction on the basis of known chemical properties of reagents, new approaches based on the screening of random combinations of reactive functions and catalysts have been recently developed. The main prerequisite of this strategy is an analytical tool allowing screening of a big number of reactions per day and identifying combinations leading to the formation of unanticipated products. In the work presented herein a high-throughput immunoassay screening has been used for the discovery of new coupling reactions. In the first part of this work a screening of 2688 combinations of randomly chosen reactive functions and catalysts was carried out. This screening led to the discovery of two copper-promoted coupling reactions: a reaction between thioureas and phenols leading to the formation of isoureas through desulfurization; and a reaction between N-hydroxythioureas and alkynes leading to the formation of thiazole-2-imines. In the second part of the work a screening of 2816 combinations of rationally designed chemical functions and catalysts was carried out. This screening was focused on the discovery of catalytic [3+2] cycloadditions that comply with the standards of “click” chemistry. In this study, the use of immunoassay screening was extended to optimize new reactions and to evaluate their kinetics, chemoselectivity and biocompatibility. Therefore, around 3000 complementary tests were carried out on the hits, identified in the primary screening. This allowed the discovery of 3 new coupling reactions and one new “click” reaction: a copper-catalyzed sydnone-alkyne cycloaddition (CuSAC). The last part of the work was focused on detailed studies of the CuSAC reaction. Identification of the structure of the coupling product and substrate scope of this reaction was carried out. Finally, the applicability of the CuSAC reaction for bioconjugation was demonstrated by an example of protein labeling.