Synthèse de principes actifs de médicaments Pr Provot .pdf
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Synthèse de principes actifs de
médicaments
Olivier Provot
(olivier.provot@u-psud.fr)
Université Paris-Sud, Faculté de Pharmacie
L1 Santé
Plan
Plan
• Chapitre 1. Généralités: benzène et
aromaticité
• Chapitre 2. Organomagnésiens
• Chapitre 3. Synthèse de principes actifs de
médicaments
1. Généralités:
benzène et aromaticité
Formule brute C6H6 : 1 cycle et 3 double liaisons « cyclohexatriène » : 4 insaturations
H
H
H
Ph
H
H
H
Benzène
Représentation faisant apparaître
le plus simplement la totale
délocalisation des électrons
Mésomérie = Stabilité
°
1.39 A
120°
Propriétés:
H
H
°
1.09 A
120°
Le benzène est plan
Eb = 80 °C, F = 5,5 °C
Stabilité du benzène
H
H
H2
Cyclohexène
H
H
- 110 kJ/mol
H
H
Cyclohexatriène "fictif" car non résonant
3 H2
-330 kJ/mol
(3 x -110 kJ/mol)
Energie de résonance
-206,3 - (-330) = 123,7 kJ/Mol
3 H2
- 206,3 kJ/mol
Benzène
(calculé expérimentalement)
Cyclohexane
Aromaticité
Aromaticité
Aromaticité : règles empiriques de Hückel (1937) :
- la molécule est cyclique,
- polyènique conjuguée,
- la molécule est plane,
- l’ensemble des électrons délocalisés doit répondre à la formule 4n + 2
Exemples
N
Principaux noyaux aromatiques rencontrés dans les principes actifs de
médicaments
NaOH
OH
Phénol
(H acide)
H2O
, Na
O
Phénolate de sodium
(stabilisé par mésomérie)
CH3
Toluène
(Méthylbenzène)
O
O
O
CHO
Benzaldéhyde
OH
OCH3
Anisole
NO2
Nitrobenzène
CO2H
Acide salicylique
(Acide-2-hydroxybenzoïque)
Exemple qcs
Bonnes réponses: B, E.
A: la molécule A représentée possède un seul noyau aromatique Vrai ou Faux ?
B: le noyau de la molécule B est aromatique Vrai ou Faux ?
C: la molécule C possède un seul noyau aromatique Vrai ou Faux ?
D: la molécule D possède deux noyaux aromatiques dont un noyau pyridine Vrai ou Faux ?
E: la molécule E possède 2 noyaux aromatiques Vrai ou Faux ?
2. Organomagnésiens
Victor Grignard, Prix Nobel 1912
Organomagnésiens : Préparation
+
R
CH2
-
Magnésium
X
Mg métal
C "électrophile"
-
R
Insertion du métal dans la liaison
Carbone-Halogène
CH2
+
Mg
-
X
C "nucléophile"
dérivé organomagnésien
dérivé halogéné: (X = I; Br; Cl)
Réagit avec les électrophiles tels que
cétones, aldéhydes, esters, nitriles,...)
Exemple : CH3I
iodure de méthyle
Mg
CH3MgI
iodure de méthylmagnésium
mais également avec les H acides tels que
H2O, NH, OH,...
Conséquences: Les dérivés organométalliques étant très nucléophiles et très
basiques doivent être préparés dans des solvants anhydres (sans eau) et ne
peuvent pas posséder de fonctions électrophiles ou d’atomes d’hydrogène
acide).
Solvants utilisés pour la préparation des organomagnésiens : éther
diéthylique et tétrahydrofurane (THF)
Ether diéthylique
O
THF : tétrahydrofurane
O
NB: Les solvants doivent être dépourvus d’eau (anhydres) à cause du caractère
très basique des organomagnésiens qui pourraient se protoner en présence de
traces d’eau.
Les solvants, éther diéthylique (Et2O) et THF participent à la formation et à la
stabilisation des organométalliques :
CH
3
X
CH3
O
Mg
R
O
CH3
CH3
Réactivité des organomagnésiens
Réactions avec les composés à hydrogène labile (acide) : déprotonation
Exemples :
XMg R
+
+
H OH
XMgR
+
H OR
+ -
XMgR
RH
+ HO MgX
RH
+ RO
MgX
H OPh
RH
+
PhO
XMgR + R COO H
RH
+
R COO MgX
H
XMgR + R
alcyne vrai
RH
+
R C
+
MgX
MgX
Réactivité des organomagnésiens
Nucléophilie : R
+
MgX
Substitutions sur C saturé
R
MgX
+
Additions sur C non saturé
Réactions de substitution: création de liaisons C-C
Avec les dérivés halogénés :
XMg+R- + R'
R-R' +
Mg
Réaction de Würtz :
2 R X
Mg
R X
X
R
-
+
MgX
R R
+ R X
R R
MgX2
MgX2
MgX2
Réaction de Wurtz
Mécanisme:
Réaction "parasite" de l'organomagnésien nucléophile qui se forme sur
le dérivé halogéné électrophile qui n'a pas encore "inséré" le Mg
Avec l’orthoformiate d’éthyle :
Hydrolyse d’acétal H2O/H+
Mécanisme: réaction d’un organomagnésien sur l’orthoformiate
d’éthyle suivie d’hydrolyse acide
Avec les orthoesters:
1 réaction substitution d’un groupement EtO par le réactif de Grignard
2 hydrolyse de l’acétal (qui ne réagit pas avec le réactif de Grignard)
3 obtention d’un cétone
Bilan: 1 des 3 groupements EtO est substitué par l’organomagnésien, les 2
groupements EtO fixés sur l’atome de carbone sont ensuite hydrolysés (coupure
par l’eau) en fin de réaction pour donner le dérivé cétonique
Avec les époxydes:
R
+
MgX
+
H2C CH2
O
H2O
R CH2 CH2O MgX
R CH2 CH2OH
-
(oxirane)
Régiosélectivité:
(1) (2)
(1)
H2C
CH
O
CH3
CH3-CH2-CHOH-CH3
CH3MgBr
H2O
CH3
(2)
H2C
CH
CH3
OH
La réaction est régiosélective (ouverture sur le carbone 1): on obtient majoritairement
l’alcool secondaire résultant de l’attaque sur le carbone le moins encombré (1).
Ouverture régiosélective d’époxyde
Avec l’épichlorhydrine:
SN 2
SN 2
Réactions d’addition : création de liaisons C-C
Rappels concernant la réactivité d’électrophiles
O
C
O
>
fort effet
électro-attracteur
du chlore
Chlorures
d'acides
C
R
Cl
>
O
+
>
H
peu ou pas
d'effet de H
Aldéhydes
C
R
O +
+
<
R
+
R'
R
effet inductif
donneur de R
>
Cétones
C
>
+
R C
O R'
effet mésomère
donneur désactivant
>
Esters
Nitriles
N
Réactions d’addition : création de liaisons C-C
RMgX
2) H2O
Avec les aldéhydes:
R
+
Mg X
+O
R' C
H
H
1) R'CHO
Et2O
R
R' C
H
R
C R'
OH
H2O
O Mg X
alcoolate magnésien
Avec les cétones:
RMgX
R
R' C
H
OH
alcool secondaire
R''
1) R'COR"
2) H2O
alcool
secondaire
R
C R'
OH
alcool tertiaire
Addition d’un organomagnésien sur une cétone
Avec le CO2:
RMgX
1) CO2
2) H2O
R COOH
acide carboxylique
Avec les esters :
(peu réactifs)
R2
+
MgX
R1
2 R2MgX
+ O
OEt
R2
1) R1CO2Et
2) H2O
R1
C
OH
R2 alcool tertiaire
2 R2MgX
R1
1) R1COCl
R2
2) H2O
C R2
alcool tertiaire
OH
Avec les chlorures d’acides :
(très réactifs)
R2
+
Mg X
R1
+
O MgX
R1
Cl
A NDN
R2
O
O
R1
R2
Cl
+
R2MgX
seconde addition
puis hydrolyse
R2
R1
OH
R2
Avec les nitriles :
(peu réactifs)
R2MgX
1) R1CN
2) H2O
R2
R1 cétone
C
O
3. Synthèse de principes actifs de médicaments
Acide acétylsalicylique Aspirine®, Aspégic®
> 200 spécialités en France
(antalgique, antipyrétique, anti-inflammatoire, antiagrégant plaquettaire,…)
1829: Pierre-Joseph Leroux (Pharmacien à Vitry-le-François) isole la salicine
(précurseur) à partir de l’écorce de saule blanc.
1853: Charles-Frédéric Gerhardt (Chimiste Strasbourgeois) prépare l’acide
acétylsalicylique et meurt en 1856.
1897: Félix Hoffmann effectue la synthèse industrielle de l’Aspirin® (Bayer).
Salix = saule
Oxonium: A
COOH
O
O
H3C
O
Estérification
CH3
OH
COOH
COOH
O
ANDN
O
CH3
O
O
CH3
H
acétyle = Ac
acide salicylique
anhydride acétique
CH3CO2
Anion acétate
acide acétylsalicylique
ESTERIFICATION
Acétalisation de l’acide salicylique: mécanisme ANDN
Estérification: rappels
Paracétamol (principe actif le plus vendu en France, Dafalgan®,
Doliprane®, Efferalgan®,…)
(antalgique, antipyrétique,…)
1886: Alors qu’il croyait travailler sur le naphtalène, Adolf Kussmaul (Université Strasbourg)
trouve des propriétés antipyrétiques à l’acétanilide qui est l’ancêtre du paracétamol.
O
CH3
HN
acétanilide
1890: Bayer possède en stock le paranitrophénol (déchet de l’industrie du colorant) qu’il
souhaite valoriser. La structure voisine de l’acétanilide permettra de transformer le
paranitrophénol en paracétamol (Brevet Bayer).
Salacétamide (n’est plus commercialisé)
(anti-inflammatoire, antipyrétique,…)
doublet peu nucléophile
O
O
NH2
NH2
Acide salicylique
OH
A
OH
O
O
N
H
OH
Salacétamide
CH3
Hydrolyse d’esters et d’amides en milieu basique
Ambroxol
Ambroxol (chlorhydrate)
Surbronc®
(fluidifiant bronchiques)
(fluidifiant
bronchique)
A partir du paracétamol…
Indications:
Traitement des troubles de la
sécrétion
bronchique
chez
l’adulte notamment en cas
d’affections bronchiques aigües
et de bronchopneumopathies
chroniques
Formation d’imine (hors PACES)
Bamipine
(anti-histaminique)
Questions:
A: cette synthèse utilise l’aniline?
B: la Bamipine est obtenue lors d’une ultime étape de substitution?
C: la première réaction conduisant à A est équilibrée?
D: la réduction d’une imine conduit à une amine?
E: la Bamipine possède un seul noyau aromatique?
Bonnes réponses: A, B, C, D.
Exemple de qcs
Lors de la synthèse du Fentanyl, anesthésique, on utilise l’intermédiaire ci-dessus.
A: la molécule représentée possède une fonction imine Vrai ou Faux ?
B: elle peut être préparée à partir d’une cétone et de l’aniline Vrai ou Faux ?
C: elle possède 1 carbone asymétrique Vrai ou Faux ?
D: elle possède 2 noyaux aromatiques Vrai ou Faux ?
E: la réduction de la double liaison C=N conduit à une amine tertiaire Vrai ou Faux ?
Bonnes réponses: A, B, D.
Chlorure d’acétylcholine Miochole®
(parasympatomimétique )
Réaction d’estérification
Indications:
Parasympatomimétique utilisé en chirurgie oculaire pour
obtenir un myosis (contraction de la pupille) rapide
Butéthamine
(a été utilisé comme anesthésique local)
Sélectivité OH vs NH2:
Indications
Principalement dentaires, effet rapide.
(plus utilisé car le groupement NH2 en position
para est responsable de réactions allergiques).
SN2: Rappels
CH3
H3C
H Cl
HO
H3C
C
CH2
H
N
CH3
N
CH3
HO
CH3
H
, Cl
C
H
SN2
Vitesse de la réaction SN2 : V = k [RCl]1 x [N(CH3)3]1
SN2 : cas des molécules dont l'halogène ou le groupe partant est fixé sur un carbone asymétrique:
Inversion de Walden
Nu
C*
X
Nucléophile
X = halogène (groupe partant)
Nucléofuge
Nu
C*
X
Nu
C*
X
Halogénure
Cl-, Br- etc...
Création d'un nouveau centre
asymétrique
Molécule optiquement active,
stéréochimie à déterminer
NB: les halogénures primaires RCH2X sont de bons candidats pour les réactions SN2 car d'une part, le nucléophile peut
accéder aisément au Carbone porteur de l'halogène, et d'autre part, un carbocation primaire n'est pas envisageable
SN2: Rappels
CH3
H O
C
CH3
Cl
Cl
H O
H
H
C3H7
A
C
H O
CH3
+
C
H
C3 H7
C3H7
(R)-2-Chloropentane
(S)-Pentan-2-ol
Etat de transition
Inversion de Walden
Molécule chirale (dérivé chloré)
La vitesse de la réaction est donnée par l'équation :
alcool optiquement actif
V = k [A].[NaOH]
L'état de transition fait intervenir les DEUX partenaires, le nucléophile et le nucléofuge.
Cl
Substitutions nucléophiles et sélectivité
Acétophénazine
(antagoniste dopaminergique qui a été utilisé comme neuroleptique, antipsychotique,…)
Sélectivité Cl vs Br:
Substitutions nucléophiles et sélectivité
Béclamide
(anticonvulsant, anti-épileptique)
Sélectivité RCH2Cl vs RCOCl:
Époxydes
Sotalol Sotalex®
(bêta-bloquant)
Synthèse d’époxyde et ouverture sélective:
Indications
Cardiologie (anti-arythmique,
antihypertenseur, insuffisance cardiaque)
Oxprénolol Trasicor®
(bêta-bloquant)
Épichlorhydrine: un époxyde très utilisé en synthèse de spécialité de médicament:
épichlorhydrine
Cl
ouverture d'époxyde
H 2C
O
réaction SN2
Indications:
hypertension artérielle
Aténolol (génériqué)
(bêta-bloquant)
Indications:
hypertension artérielle
Insuffisance cardiaque
arythmie
Exemple de qcs
Lors de la synthèse du Bépridil (antagoniste calcique),
on effectue la réaction entre les réactifs A et B selon:
A: Le composé A comporte une fonction époxyde et une fonction éther Vrai ou Faux ?
B: Le composé C est un alcool primaire Vrai ou Faux ?
C: Le composé C est un alcool secondaire Vrai ou Faux ?
D: A est racémique donc C sera racémique Vrai ou Faux?
E: La réaction entre A et B est une addition Vrai ou Faux?
Bonnes réponses: A, C, D.
Exemple de qcs
La synthèse d’un anesthésique local, la ropivacaine est représentée comme suit:
A: Le chlorure de thionyle SOCl2 transforme A en B Vrai ou Faux ?
B: la transformation B en C procède selon un mécanisme ANDN Vrai ou Faux ?
C: la ropivacaine est la molécule D Vrai ou Faux ?
D: la ropivacaine synthétisée est optiquement active puisque dérivant de
l’acide pipécolique (molécule A) optiquement pur Vrai ou Faux ?
E: la dernière étape est une SN1 Vrai ou Faux ?
F: la ropivacaine est la molécule E Vrai ou Faux ?
Bonnes réponses: A, B, C, D
Principes actifs mettant en jeu des réactifs
organométalliques
Pipradrol chlorhydrate
(stimulant)
Réactions d’addition sur cétones:
O
HN
N
HO
HO
N
N
Br
MgBr
Mg
*
H2, Pt
B
Pipradrol
A
I
C
Retiré en 1970 à cause d’abus d’utilisation comme drogue
Tramadol (Contramal®, Zaldiar®, Topalgic®,…)
(analgésique agoniste des récepteurs m morphiniques)
CCCCP
Indication: traitement des douleurs modérées à intenses chez l’adulte
Amitriptilyne chlorhydrate (Laroxyl®, Elavil®)
(Antidépresseur tricyclique)
Réactions d’addition sur cétones :
Indications:
-Antidépresseur (inhibiteur de la recapture de la sérotonine et de la noradrénaline)
-Douleurs rebelles (neuropathies périphériques)
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