Projet ANR-11-BS07-0006 – SPIROSYN : Synthèse totale du 13-desmethyl spirolide C
Programme : Blanc - SIMI 7 - Chimie moléculaire, organique, de coordination, catalyse et chimie biologique (Blanc SIMI 7)
Année de financement : 2011
Coordinateur du projet : Madame Catherine GUILLOU (CENTRE NATIONAL DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE - DELEGATION REGIONALE ILE-DE-FRANCE SECTEUR SUD)
Partenaires : Institut de Chimie des Substances Naturelles; Université de Bordeaux
Montant : 399422.0 euros
Date de début : 2011
Durée : 48 mois
Résumé : Synthèse d’une neurotoxine d’origine marine de type spirolideLes spirolides, neurotoxines présentes dans certains fruits de mer, peuvent être transférées à l’homme via la chaîne alimentaire, posant des problèmes sanitaires et économiques importants. Difficiles à isoler, leur mode d’action n’est, à ce jour, pas totalement élucidé. Leur synthèse, qui n’a pas encore été décrite, est un défi scientifique et permettrait de disposer de quantités suffisantes pour des études toxicologiques.
Synthèse totale du 13-desméthyl spirolide C, une neurotoxine d’origine marine antagoniste des récepteurs nicotinique de l’acétylcholineLes spirolides produites par des dinoflagellés sont toxiques pour les animaux marins et les êtres humains conduisant à des problèmes sanitaires et économiques. Les récepteurs muscariniques et nicotiniques du système nerveux central seraient leurs cibles. Réaliser une synthèse totale originale du 13-desméthylspirolide C permettrait de disposer de quantités suffisantes pour réaliser sa caractérisation pharmacologique et son impact sur la santé humaine à long terme.
Synthèses de spiroimines et de bis spirocétalsLes spiroimines ont été synthétisées en utilisant comme étape clef une réaction de décarboxylation allylation asymétrique ainsi que sur une réaction de cycloaddition[3+2]/dédiazotation sous irradiation microonde. Les bis spirocétals ont été préparés à partir de 1,4-dicétones obtenues par une réaction de sila-Stetter appliquée à des énones et à des acylsilanes fonctionnalisés.Des buténolides optiquement actifs ont pu être préparés par addition catalytique de Mukaiyama vinylogue Michael en présence de sels de cuivre chiraux de silyloxyfuranes sur des énones et des ß-cétoesters comme accepteurs de Michael.
Résumé de la soumission : Certaines phycotoxines marines (spirolides et gymnodimines) produites par des dinoflagellés peuvent être transférées et concentrées dans les fruits de mer puis, par transport vectoriel, atteindre les animaux marins et les êtres humains.  En 2005, les spirolides ont été détectés dans les huîtres et les moules du bassin d'Arcachon en France, ce qui a conduit les autorités sanitaires à interdire leur commercialisation provoquant ainsi de fortes pertes économiques pour la filière conchylicole (350 entreprises). Jusqu’à présent ces toxines marines étaient détectées par l’injection d’extraits de crustacés ou d’huîtres à des souris de laboratoire, la mort des souris traduisant la présence de toxines. Ce test, très controversé du fait de sa spécificité et sa sensibilité modestes, a été abandonné en janvier 2010.De plus, aucune étude toxicologique n’a été réalisée à ce jour afin de déterminer l’impact à long terme des spirolides sur la santé humaine. Une des raisons à cela est la difficulté à isoler les spirolides naturels avec des rendements suffisants pour en permettre leur étude. En raison de leurs structures chimiques complexes et de leurs propriétés biologiques, certains spirolides et une gymnodimine font l’objet d’intenses recherches en chimie fondamentale. Récemment il a été montré que le 13-desmethyl spirolide C était le composé le plus actif de la famille des spirolides et qu'il présentait des propriétés d'antagoniste des récepteurs nicotinique de l'acétylcholine avec une faible spécificité pour un sous type de récepteur. Des fragments de spirolides ont été synthétisés, mais aucune synthèse totale de spirolide n’a encore été décrite.L'objectif de ce programme de recherche est de réaliser la synthèse totale du 13-desmethyl spirolide C en utilisant une stratégie de synthèse originale tout en développant des stratégies innovantes convergentes et efficaces pour construire les fragments nord et sud.Le fragment nord qui comporte un motif spiroimine sera synthétisé selon un approche basée sur une réaction d'allylation asymétrique décarboxylative ainsi que sur une  réaction de cycloaddition [3+2] d'un azide avec une double liaison.Le fragment sud caractérisé par un motif bis-spirocétal sera synthétisé en utilisant une réaction de sila-Setter. Les fragments nord et sud seront assemblés grâce à un couplage de Nozaki-Hiyama-Kishi. Le macrocycle sera formé en utilisant une réaction de fermeture de cycle par métathèse.Les résultats obtenus au cours de ce programme contribueront à l'élaboration de nouvelles méthodes en synthèse organique pour accéder à des squelettes originaux. Ils devraient  fournir un accès à de plus grandes quantités de complexes macrocycliques marins rares et fournir  notamment du 13-desmethyl spirolide C aux biologistes, pour réaliser des études toxicologiques. Finalement, comme objectif à long terme, ils permettront de contribuer au développement d'un nouveau test, plus sensible, précis et pratique que ceux utilisés précédemment pour détecter les spirolides dans les échantillons de fruits de mer.
Résultats : Des méthodes et des approches synthétiques originales ont été développées permettant l’accès aux motifs du 13-desméthyle spirolide C. Les méthodes ayant permis l’accès aux motifs spiroimines et bis spirocétals ont été appliquées à des substrats plus fonctionnalisés. Le  fragment Sud a pu être obtenu. L’accès au fragment Nord a été plus difficile. L’obtention du fragment Nord pourra nous permettre d'accéder au 13-desméthyle spirolide C. Des buténolides optiquement actifs ont pu être synthétisés. Le pharmacophore du 13-desméthyle spirolide C a également été identifié. Il s’agit du motif spiroimine. Ce résultat a pu être obtenu dans le cadre d’une collaboration avec un neurobiologiste établie au cours de ce projet.
Perspectives : La fonctionnalisation d'un précurseur de la spiroimine est en cours d'étude au laboratoire.
Publications et brevets : 1- Rambla, M.; Duroure, L.; Chabaud, L.; Guillou, C. Enantioselective Synthesis of Spiroimines by 	Asymmetric Decarboxylative Alkylation/Isomerization/[3+2]-Cycloaddition Reaction of Azidoalkenes Eur. J. Org. Chem. 2014, 34, 7716-20.
2- Duroure, L.; Jousseaume, T.; Aráoz, R.; Barre, E.; Retailleau, P.;  Chabaud, L. ; Molgó,J. ; Guillou, C. 6,6-Spiroimine Analogs of (–)-Gymnodimine A : Synthesis and Biological Evaluation on 	Nicotinic Acetylcholine Receptors. Org. Biomol. Chem. 2011, 23, 8112-18.
 3- Alonso E.; Otero, P.; Vale, C.; Alfonso, A.; Antelo, A.; Giménez-Llort, L.; Chabaud, L.; Guillou, C.; Botana, L. M. Bioavailability of 13-desmethyl spirolide-C and improvement of Alzheimer 	disease markers in vivo observed by Proton magnetic resonance spectroscopy and immunoblotting analysis. Curr.  Alzheimer Res. 2013, 10, 279-89.
4- Labarre-Lainé, J.; Beniazza, R., Desvergnes, V.; Landais, Y. Convergent access to bis-spiroacetals through a sila-Stetter-ketalization cascade. Org. Lett. 2013, 15, 4706-9.
5- Labarre-Lainé, J.; Periñan, I.; Desvergnes, V.; Landais, Y. Synthesis of the C10-C24-bis-spiroacetal 	core of 13-desmethyl spirolide C based on a sila-Stetter-acetalization process. Chem. Eur. J. 2014, 20, 9336-41.
6- Jusseau, X.; Retailleau, P.; Chabaud, L.; Guillou, C. Catalytic Enantioselective Vinylogous 	Mukaiyama–Michael Addition of 2-Silyloxyfurans to Cyclic Unsaturated Oxo Esters J. Org. Chem., 2013, 78, 2289-300. Highlighted in Synfacts 2013, 9, 645 et Synfacts 2013, 9, 761. 
7- Jusseau, X.; Chabaud, L.; Guillou, C. Synthesis of ?-butenolides and a,ß-unsaturated ?-butyrolactams by addition of vinylogous nucleophiles to Michael acceptors Tetrahedron, 2014, 70, 2595-2615. Revue sur invitation.