Les mésoioniques : de nouveaux outils pour la chimie bioorthogonale

Mesoionics : new tools for bioorthogonal chemistry

• Auteur / Autrice : Sabrina Bernard
• Direction : Frédéric Taran
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 09/10/2018
• 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 : Philippe Dauban
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Frédéric Taran, Philippe Dauban, Marine Desage-El Murr, Laurent Micouin, Sébastien Papot
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Marine Desage-El Murr, Laurent Micouin

Mots clés

Mots clés contrôlés

Chimie bio-orthogonale

Bioconjugués

Cyclisation (chimie)

Mots clés libres

Chimie bioorthogonale

Mésoioniques

Criblage

Cycloaddition

Relargage

Bioorthogonal chemistry

Mesoionic compounds

Screening

Cycloaddition

Release reactions

Résumé

Notre laboratoire a récemment mis en évidence la réaction de cycloaddition entre les sydnones et les alcynes terminaux ou cycliques. Ces réactions sont bioorthogonales et possèdent la particularité de former deux produits : l’un provenant de la ligation (click) des deux partenaires réactionnels par cycloaddition (3+2), l’autre provenant d’un relargage (release) par réaction de rétro Diels-Alder. Le potentiel de ce type de réaction est très grand de par le nombre d’applications possibles que ce soit dans le domaine de la bioconjugaison, du marquage fluorescent ou de la libération de principes actifs.Les sydnones sont des composés hétérocycliques dipolaires qui appartiennent à la famille des mésoioniques. Cette thèse vise à découvrir de nouvelles réactions de ligation et de coupure mettant en jeu ces mésoioniques et des dipolarophiles. Vingt-cinq mésoioniques et trois familles de dipolarophiles ont été synthétisés et criblées.Lors du premier criblage, la réactivité des composés mésoioniques avec un alcyne terminal, sous une catalyse au cuivre, a été explorée. Neuf conditions de catalyse ont été testées. Ce criblage a mis en évidence la cycloaddition entre les aza-iminosydnones et les alcynes terminaux dont le produit formé dépend du système catalytique et de la nature de l’alcyne.La deuxième famille de dipolarophiles testée est celle des cycloalcynes. Nous avons découvert que, les dithiolium-olates réagissaient avec les cycloalcynes peu encombrés et que les sydnone-imines réagissent avec tous les cyloalcynes de manière bioorthogonale en libérant une molécule complexe.Enfin, les cycloalcènes ont été testés comme dipolarophiles. Dans cette partie, les résultats préliminaires du criblage nous ont amené à modifier la structure de la sydnone pour permettre la libération d’une molécule complexe.

Our laboratory has recently discovered the cycloaddition between sydnones and cyclic or terminal alkynes. These reactions are bioorthogonal and generate two products: one coming from the (3+2) cycloaddition (click) between both partners and the second from a cleavage step (release) through a retro Diels-Alder reaction. This type of new reactions would be of prime importance in the development of new reagents useful for bioconjugation and drug delivery applications.Sydnones are dipolar heterocycles belonging to the large family of compounds known as mesoionics. This work aims at discovering new chemoselective and bioorthogonal processes between mesoionic compounds and various dipolarophiles, that undergo in a same reaction both ligation and cleavage. Twenty-five mesoionics and three types of dipolarophiles were synthetized and screened.For the first screening, the reactivity between mesoionics and terminal alkyne, under a copper catalysis, was studied. Nine conditions of catalysis were tested. This screening revealed the cycloaddition between aza-iminosydnones and terminal alkynes. The structure of the formed products depends on the catalytic system and the nature of the alkyne used.The second type of dipolarophiles screened was cyclic alkynes. Dithiolium-olates were found to react with non-hindered cyclic alkynes. On the other side, imino-sydnones react with all cycloalkynes to afford a click product together with a released molecule.Finally, cycloalkenes were screened. Thanks to preliminary results from a screening, we engineered new sydnones to allow the release of a complex molecule after the cycloaddition step