Nouvelles stratégies synthétiques vers la formation d'hétérodinucléotides incorporant un motif difluorophosphinothioate.

par Matthieu Roignant

Thèse de doctorat en Chimie

Sous la direction de Serge Piettre.

Soutenue le 18-12-2019

à Normandie , dans le cadre de École doctorale normande de chimie (Caen) , en partenariat avec Université de Rouen Normandie (Etablissement de préparation de la thèse) et de Chimie organique, bioorganique : réactivité et analyse (Mont-Saint-Aignan, Seine-Maritime ; 1996-....) (laboratoire) .

Le président du jury était Jacques Lebreton.

Le jury était composé de Angela Marinetti, Julien Brioche.

Les rapporteurs étaient Isabelle Gillaizeau, Nicolas Blanchard.

mots clés

• Difluorophosphinothioate
• Difluorophosphinate
• Nucléosides
• Hétéronucléotide
• Réaction de Michaelis-Becker
• Trans-N--glycosylation
• Nucléobases
• Pentoses
• Hydroboration
• Réactions radicalaires
• Réactions nucléophiles
• Iodures
• Fluor
• Acides nucléiques antisens
• Nucléosides

Résumé

Les oligonucléotides (ONs) naturels sont une classe majeure de biomolécules ayant un potentiel thérapeutique prometteur. Cependant, le développement d’ONs thérapeutiques rencontre deux problèmes majeurs : un manque de stabilité envers les nucléases et un manque de sélectivité envers une cible thérapeutique. Pour pallier ces problèmes, les chercheurs académiques et industriels ont travaillé sur le développement d’ONs modifiés, incorporant notamment de nouveaux analogues du pont phosphodiester naturel. Dans ce contexte, la synthèse de nouveaux analogues du lien naturel a été étudiée au laboratoire, à savoir les motifs difluorophosphinate (R-CF2-P(O)(OEt)CH2-R) et difluorophosphinothioate (R-CF2-P(S)(OEt)CH2-R). Ainsi, grâce aux travaux menés précédemment, une synthèse de première génération a été mise au point conduisant à la formation d’un homodinucléotide comportant ces motifs. Le fragment-clé furanose-CF2-P(S)(OEt)CH2-furanose, permettant l’introduction de deux bases nucléiques identique, est obtenu par une construction successive des deux liaisons P-C. Une oxydation du motif R-CF2-P(S)(OEt)CH2-R permet l’obtention du lien R-CF2-P(O)(OEt)CH2-R. Dans la continuité de ces travaux, ce projet de thèse est focalisé sur la mise au point d’une synthèse de seconde génération menant à des hétérodinucléotides caractérisés par la présence du motif difluorophosphin(othio)ate et deux nucléobases différentes. A partir d’un substrat commun, l’allofuranose, la synthèse des différents nucléosides intermédiaires a été réalisée. Dans un premier temps, ceux-ci ont ensuite été utilisés afin de former un nouveau fragment-clé furanose-CF2-P(S)(OEt)CH2-nucléoside à partir duquel une seconde base nucléique différente a été incorporée. Cependant, au cours de cette étude, un phénomène de substitution d’une base nucléique par une autre a pu être mis en évidence. En dépit de ce processus dit de trans-N-glycosylation, six dinucléotides (T-PMB-U, T-U, U-U, T-T, C-T, C-G-Prot) ont pu être préparés.

mots clés

• Difluorophosphinothioate
• Difluorophosphinate
• Nucléosides
• Heteronucleotide
• Michaelis-Becker reaction
• Trans-N--glycosylation

Titre traduit

New synthetic pathways for the formation of heterodinucleotides incorporing difluorophosphinothioate linkage

Résumé

Oligonucleotides (ONs) represent a major class of bioactive molecules with a great potential in medicinal chemistry. However, the development of therapeutic ONs is facing two major problems: a lack of stability toward nucleases and a lack of selectivity toward a specific therapeutic target. To overcome those problems, academic and industrial chemists are working on the development of modified ONs, incorporating in particular new analogues of the natural phosphodiester bridge. In this context, the synthesis of new analogues was studied in the laboratory, namely the difluorophosphinate (R-CF2-P(O)(OEt)CH2-R) and difluorophosphinothioate (R-CF2-P(S)(OEt)CH2-R) units. Thanks to previous studies, a first-generation synthesis was developed towards a homodinucleotide incorporating a difluorophosphinate moiety. A key fragment furanose-CF2-P(S)(OEt)CH2-furanose, allowing the introduction of two identical nucleic bases, was obtained by the sequential construction of the two P-C bonds. Oxidation of R-CF2-P(S)(OEt)CH2-R gave access to the R-CF2-P(O)(OEt)CH2-R unit. This thesis describes the development of a second-generation synthesis towards heterodinucleotides incorporating a difluorophosphin(othio)ate as internucleosidic bridge and two different nucleic bases. Starting from a common substrate, allofuranose, the synthesis of key fragments was worked out. These intermediates were used to build a difluorophosphinothioate internucleosidic bridge. Thus, a new key fragment furanose-CF2-P(S)(OEt)CH2-nucleoside was obtained and used to introduce a second, identical or different, nucleic base. However, a substitution process involving the replacement of a nucleic base with another one was highlighted. Despite this trans-N-glycosylation process, six dinucleotides (T-PMB-U, T-U, U-U, T-T, C-T, C-G-Prot) were prepared.