3. Methodology
4.3 Entra
1. Généralités90
Parmi les récepteurs moléculaires artificiels, les polyéthers cycliques de type éthers couronnes ont été les premiers à être étudiés4.àIlsào tàd a o dà t às th tis sàpa àPede se 7 qui développa divers
éthers couronnes, aza-couronnes ou encore thia-couronnes capables de complexer les métaux alcalins8. Les cyclames ont également suscité un grand intérêt de part leur structure macrocyclique polyazotée qui sont connues pour complexer de manière efficace les cations des métaux de transitions9. Cette propriété a été exacerbée par Lehn en passant de structures bidimensionnelles à des structures tridimensionnelles avec les cryptands10. Il est à noter aussi les travaux de Gokel11 qui
aàu eà ou elleàfa illeàd the sà ou o esà o eàlesà« éthers lariats » en introduisant un ou plusieurs bras sur la structure macrocyclique de ces derniers.
4J.C.Pedersen, J. Am. Chem. Soc. 1967, 89, 7017. 7
J.C.Pedersen, Angew. Chem. Int. Ed. 1988, 27, 1021.
8(a) G.W.Gokel, W.M.Leevy, M.E.Weber, Chem. Rev. 2004, 104, 2723 ; (b) R.Cacciapaglia, L.Mandolins. Chem. Soc. Rev. 1993, 22, 221. 9(a) B.Bosnich, C.K.Poon, M.L.Tobe, Inorg. Chem. 1965, 4, 1102 ; (b) J.V.Alphen, J. Recycl. Trav. Chim. 1936, 56.
10B.Dietrich, J.M.Lehn, J.P.Sauvage, Tetrahedron Lett. 1969, 10, 2885.
11(a) G. W. Gokel, D.M.Dishong, C. J.Diamond, Chem. Commun. 1980, 1053 ; (b) T. Hu, J. Doyle, D.Jackson, ; J.Marr, E.Nixon, S.Pleasance, M.A.Quilliam, J.A.Walter, J.L.C.Wright, Chem. Commun. 1992, 39 ; (c) G. W. Gokel, K. A. Arnold, M.Delgado, L.Echeverria, V.J.Gatto, D.A.Gustowski, J.Hernandez, A.Kaifer, S.R.Miller, L.Echegoyen, Pure Appl. Chem. 1988, 60, 461.
130 Grâce aux avancées dans ce domaine liées au développement de nouvelles structures, de nombreuses applications mettant en jeu les éthers couronnes ont vu le jour. On peut citer la reconnaissance chirale avec notamment la mise au point de récepteurs utilisant des binaphtols comme source de chiralité développés par Cram12 (Figure 28). Ces polyéthers cycliques peuvent
également être associés à un ou plusieurs chromophores et sont alors de très bon déte teu àd io sà ou ionophores.
Figure 28 : E e ple d’appli atio s des the s ou o es
Ces premiers travaux ont ouvert la porte à la recherche de nouveaux éthers couronnes chiraux en introduisant une ou plusieurs unités sucres au sein de ces structures12. Par la suite, plusieurs équipes se sont intéressées au développement de récepteurs hybrides de type éthers couronnes-sucres.
2. Structure hybride : éthers couronnes-sucres
a) Structures
Les sucres sont des molécules abondantes dans la nature. De plus, ils possèdent une diversité st o hi i ueà i po ta te,à età etteà pa ti ula it à faità d eu à u eà sou eà deà hi alit à e t e e tà riche. De nombreuses synthèses de macrocycles oxygénés énantiomériquement purs à base de sucres ont donc été développées.La première synth seàd u à the à ou o eà hi alà o pos àdeàdeu à unités sucres a été publiée en 1975 par Stoddart et coll.13 (Figure 29). De nombreuses structures similaires ont été décrites par la suite par la même équipe14. 91
12R. C. Helgeson, J. M. Timko, P. Moreau, S. C. Peacock, J. M. Mayer, D. J. Cram, J. Am. Chem. Soc. 1974, 96, 6762. 13W. D. Curtis, D. A. Laidler, J. F. Stoddart, G. H. Jones, Chem. Commun. 1975, 833.
14
(a) W. D. Curtis, D. A. Laidler, J. F. Stoddart, G.H. Jones, J. Chem. Soc., Chem. Commun. 1975, 835 ; (b) W.D.Curtis, R. M. King, J. F. Stoddart, G. H. Jones, J. Chem. Soc., Chem. Commun. 1976, 284 ; (c) D. A. Laidler, J. F. Stoddart, J. Chem. Soc., Chem. Commun. 1976, 979 ; (d) D. A. Laidler, J. F. Stoddart, J. Chem. Soc., Chem. Commun. 1977, 481.
131
Figure 29 : Ethers couronnes à base de sucres développés par Stoddart13
Ces récepteurs se distinguent par un o eàd u it sàgl osidi uesàdiff e t,àlaàtailleàdeà a o leà plus ou moins grande et les positions différentes des groupements hydroxyles engagés dans ce macrocycle. Les unités pyranoses de séries D-glucose, D-mannose et D-galactose sont présentes dans la plupart des exemples décrits et les hydroxyles engagés dans les cavités se situent en C1-C3, C1-C4,
C3-C4, C1-C2 et C1-C6 (Figure 30).
Figure 30 : e e ple d’ the s ou o es i o po a t des u it s su es
Ces récepteurs glycosidiques ont montré une bonne reconnaissance énantiosélective envers les aminoacides15, ou les ammoniums chiraux16,17. Ilsà o tà d ailleu s été utilisés comme agents de
complexation et employés comme catalyseurs chiraux, notamment dans des réactions de Darzens, et de Michael asymétriques18. 92
13W. D. Curtis, D. A. Laidler, J. F. Stoddart, G. H. Jones, Chem. Commun. 1975, 833.
15(a) J.P. Joly, B. Gross, Tetrahedron Lett 1989, 30, 4231 ; (b) J.P. Joly, N. Moll, J. Chromatogr. A 1990, 521, 134. 16(a) W.D. Curtis, D. A. Laidler, J. F. Stoddart, G.H. Jones, Chem. Commun. 1975, 835.
17(a) D.G. Andrews, P.R. Ashton, D.A. Laidler, J.F. Stoddart, J.B. Wolstenholme, Tetrahedron Lett 1979, 20, 2629 ; (b) M. Shizuma, Y. Kadoya, Y. Takai, H. Imamura, H. Yamada, T. Takeda, R. Arakawa, S. Takahashi, M. Sawada, J. Org. Chem. 2002, 67, 4795.
18(a) L. Tőke,àL. Fenichel, M. Albert, Tetrahedron Lett 1995, 36, 5951 ; (b) Bakó, P. ; Szöllõsy, Á. ; Bombicz, P. ; Tõke, L. Synlett 1997, 1997, à;à àBak ,àP.à;àKiss,àT.à;àTőke,àL.àTetrahedron Lett 1997, 38, 7259 ; (d) Bakó, P. ; Vízvárdi, K. ; Toppet, S. ; Van der Eycken, E. ; Hoornaert, G. J. ; Tõke, L. Tetrahedron 1998, 54, 14975 ; (e) Bako, P. ; Vizvardi, K. ; Bajor, Z. ; Vizvardi, K. ; Toke, L. Chem. Comm 1998, 1193 ; (f) Bako, P. ; Bajor, Z. ; Toke, L. J. Chem. Soc., Perkin Trans. 1 1999,à à;à g àBak ,àP.à;àCzi ege,àE.à;àBak ,àT.à;àCzugle ,àM.à;àTőke,àL.à Tetrahedron: Asymmetry 1999, 10, 4539 ; (h) Novák, T. ; Tatai, J. ; Bakó, P. ; Czugler, M. ; Keglevich, G. ; Tóke, L. Synlett 2001, 2001, 0424 ; (i) Bakó, T. ; Bakó, P. ; Szöllõsy, Á. ; Czugler, M. ; Keglevich, G. ; Tõke, L. Tetrahedron: Asymmetry 2002, 13, 203 ; (j) Bakó, T. ; Bakó, P. ; Keglevich, G. ; B tho i,àN.à;àCzugle ,àM.à;àTatai,àJ.à;àNo k,àT.à;àPa lagh,àG.à;àTőke,àL.àTetrahedron: Asymmetry 2003, 14, 1917.
132
b) Synthèses
La synthèse de ces macrocycles à base de sucres utilise une chimie similaire à celle utilisée pour les éthers couronnes simples. Voici quelques exemples qui illustrent les principales stratégies utilisées pou àlaàfo atio àd u eàst ucture chirale de type cryptant qui ont été réalisées grâce à des réactions de substitution nucléophile ou de réduction (Schéma 122)19.
Schéma 122 : Exemple de synthèse de cryptant hybride de sucre
Laàs th seàd u à the à ou o eà o pos àdeàt oisàu it sàgala top a osesàaà t àd elopp eàpa àleà iaisàd u eà a tio àdeàgl os latio ài t a ol ulai eà àpa ti àduàt isa ha ideàlinéaire correspondant età o duità à laà fo atio à d u eà a it à deà t peà the à ou o eà uià p se teà desà p op i t sà intéressantes pour la complexation de cations de métaux alcalins (Li, Na, K, Ca, Mg) (Schéma 123)20.
Schéma 123 : Fo atio d’u h ide the ou o e-sucre par glycosylation intramoléculaire93
19M. Pietraszkiewicz, P. Sal·anski, J. Jurczak, Tetrahedron 1984, 40, 2971. 20A. Dondoni, A. Marra, M.C. Scherrmann, V. Bertolasi, Chem. Eur. J. 2001, 7, 1371.
133 Ces dernières années, la recherche dans le domaine des macrocycles hybrides a connu une véritable évolution et a permis de mettre au point des systèmes capables de complexer simultanément au moins deux cations métalliques. Ces polyéthers couronnes ont montré des propriétés de complexation supérieures à leurs analogues monomères21.
Dans ce contexte, de nouveaux éthers couronnes appelés CyPLOS (Cyclic Phosphate Linked
OligoSaccharides) ont été développés22 (Figure 31).
Figure 31 : Exemple de structures de type CyPLOS23,24
Ces macromolécules ont été étudiées plus en détail et la cavité composée de deux éthers couronnes présente une structure semblable à une poche et qui estàfa o a leà àl e p iso e e tàdeà atio sà métalliques. Cette hypothèse a été confirmée grâce à des calculs DFT. Les structures obtenues avec (en jaune) et sans (en violet) cation sodium ont été superposées23,24 (Figure 32).
Figure 32 : Modèles théoriques superposés de CyPLOS23,2494
Au-delà des éthers couronnes et de leurs dérivés, qui ont été brièvement évoqués ci-dessus, il existe d aut esàt pesàdeà a o lesài o po a tà desàh t oato es do tàl azote. Les macrocycles azotés
21
(a) F.C.Pigge, M.K.Dighe, J.C.D.Houtman, J. Org. Chem. 2008, 73, 2760 ; (b) A.M.Costero, J.Sanchis, S.Peransi, S.Gil, V.Sanz, A.Domenech, Tetrahedron 2004, 60, 4683.
22(a) G.Di Fabio, A.Randazzo, J.D'Onofrio, C.Ausín, E.Pedroso, A. Grandas, L. De Napoli, D. Montesarchio, J. Org. Chem. 2006, 71, 3395 ; (b) C.Coppola, A. Virno, L. De Napoli, A. Randazzo, D. Montesarchio, Tetrahedron 2009, 65, 9694.
23M.Horsch, C. Mayer, U. Sennhauser, D.M.Rast, Pharmacol. Ther. 1997, 76, 187.
24R.J.Dennis, E.J. Taylor, M.S. Macauley, K.A. Stubbs, J.P. Turkenburg, S.J. Hart, G.N. Black, D.J. Vocadlo, G.J. Davies, Nat Struct Mol Biol
134 constituent une famille impo ta teà d difi esà sup a ol ulai esà telsà ueà lesà polyazamacrocycles (cyclames), cyclènes et leurs dérivés.