Monnier : l'étude de la structure de l'échinuline

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Thèse présentée à la Faculté des Sciences
Université de Nancy
pour obtenir le grade de Docteur es Sciences naturelles

par



Jacqueline Monnier

Contribution à l'étude de la structure de l'échinuline



soutenue le 13 février 1959

devant la commission d'examen :
Urion, E., président
David, S., Gayet, J., examinateurs


 

INTRODUCTION


En 1943, Quilico et Panizzi découvraient l'Echinuline. C'est un métabolite azoté caractéristique d'un certain nombre de moisissures du groupe de l'Aspergillus glaucus (Aspergillus échinulatus, Aspergillus ruber, Aspergillus amstelodami). On l'extrait à raison de 3 à 5 g pour 100 g de mycélium sec sous forme d'une substance blanche cristalline de formule brute C28H37O2N3, à caractère neutre et contenant trois doubles liaisons facilement hydrogénables.


De 1948 à 1954, Quilico et ses collaborateurs ont mis en évidence un certain nombre d'éléments de structure essentiels :


Etudiant l'oxydation permanganique du sel de potassium de la forme acide de l'hexahydroéchinuline (obtenu par une longue ébullition de cette substance dans la potasse alcoolique), ils réussirent à isoler quatre acides azotés. En s'appuyant sur les relations existant entre ces substances, sur l'étude chimique directe et sur la synthèse des plus simples d'entre elles, ils ont pu leur attribuer respectivement les structures I, II, III, IV. Ils prouvaient ainsi l'existence, dans la structure de l'échinuline et de son dérivé hydrogéné : d'un noyau benzénique sur lequel sont insérées en position symétrique 1, 3, 5, 3 chaînes carbonées et d'un enchaînement carbone-azote tel que celui de la formule V.



Poursuivant leurs travaux (1955, 1956) les auteurs ont indiqué comme probable l'existence, dans l'échinuline, du système indolique (VI) à NH et à position 3 libres (6, 7, 8) :



Ils se basaient : sur l'étude chimique des substances résultant de la pyrolyse des sels de potassium de l'échinuline et de l'hexahydroéchinuline saponifiées (notamment l'absence de propriétés basiques, la possibilité de réaliser une copulasion avec les sels de diazonium et l'obtention d'acide infusible (II) dans l'oxydation permanganique du produit de pyrolyse du sel de potassium de l'hexahydroéchinuline), sur leurs réactions colorées; sur la comparaison de leurs spectres ultraviolets et infrarouges à ceux de modèles indoliques préparés par synthèse; sur le fait que l'échinuline ainsi que son dérivé hydrogéné copulent également avec les sels de diazonium pour donner des dérivés azotés tout à fait analogues à ceux obtenus avec le 2, 5, 7 triméthylindole et les produits de pyrolyse; sur les étroites analogies spectrales qui existent entre ces substances et l'échinuline; enfin sur l'obtention de dérivés mononitrés par action de NO2H à température ordinaire sur l'échinuline et l'hydroéchinuline.


Plus récemment (1957, 1958), Quilico et ses collaborateurs ont étudié plus particulièrement la partie restante de la molécule renfermant le résidu azoté et oxygéné de l'échinuline. Ils ont fait à ce sujet les expériences et observations suivantes :

- la répartition des deux atomes d'azote restants ne doit pas conférer de propriétés basiques à la molécule;

- l'ouverture hydrolytique par la potasse alcoolique n'entraînant le détachement d'aucun fragment de molécule et suivie de recyclisation par déshydratation peut-être attribuée à l'ouverture d'une liaison amidique cyclique;

- les spectres infrarouges de l'échinuline et de son dérivé hydrogéné montrent de façon évidente la présence de groupes amidiques cycliques CO - NH (bande assez intense et dédoublée à 1680cm-1). Il existe en outre d'étroites analogies spectrales entre l'hydroéchinuline et la diméthyldicétopipérazine;

- l'hydrolyse acide (par ébullition à reflux dans HBr à 48% de l'hydroéchinuline fournit de la L(+) alanine et un autre aminoacide beaucoup plus complexe;

- l'obtention d'acide cryptoéchinulinique (II) semble indiquer que le noyau dicétopipérazinique est uni au noyau benzénique par la position 7;

- la réduction par Al Li H4 de l'échinuline et de l'hydroéchinuline fournit deux bases privées d'oxygène contenant le nombre primitif d'atomes de carbone; l'étude des spectres infrarouges de ces bases et de leurs dérivés dinitrosomononitrés (obtenus par action du NaNO3) permet de leur attribuer la structure de pipérazines substituées avec 2 NH libres.


Quant à la nature des substituants en position 2, 5 et 7 du système indolique (VI) :

- la structure de la chaîne C5 en position 2 a été établie chimiquement par la formation d'acide aa -diméthylbutyrique dans l'oxydation permanganique de l'hydroéchinuline (3,4) et dans l'hydrolyse bromhydrique du produit d'oxydation peracétique de la substance obtenue par pyrogénation de l'hydroéchinuline saponifiée; l'existence du groupe vinyle CH = CH;, a été déduite de l'apparition de bandes à 917 et 997 cm-1 sur le spectre infrarouge de l'échinuline et de la production de formol par ozonolyse et confirmée par le spectre infrarouge de la désoxyéchinuline (bandes à 912 et 999 cm-1);

- des deux substituants en 5 et 7, l'un contient certainement un groupement (CH3)2 - C = C (obtention d'acétone dans l'ozonolyse et dans l'oxydation permanganique douce de l'échinuline; formation d'acide isovalérique dans oxydation permanganique à chaud de l'hydroéchinuline (3, 4) et d'acide a-oxyisobutyrique dans l'oxydation poussée du produit de pyrogénation de l'échinuline ; bandes à 1368 et 1390 cm-1 dans le spectre infrarouge du produit de pyrogénation de l'hydroéchinuline. Après leurs récents travaux dans lesquels ils ont dosé l'acétone produite dans l'ozonolyse et dans l'oxydation permanganique de l'échinuline et de la désoxyéchinuline, les auteurs pensent même que chacune des chaînes en 5 et 7 renferme un groupement (CH3)2 - C = C  parce qu'ils ont obtenu expérimentalement une quantité d'acétone comprise entre 1 et 1, 5 molécule par molécule de produit de départ.


Ainsi l'échinuline serait une dicétopipérazine résultant de la condensation d'une molécule de L (+) alanine avec une molécule d'un aminoacide indolique complexe.


Rendant compte de tout ce qui précède, le groupe de Milan a proposé pour cette substance et son dérivé hydrogéné les formules suivantes (VII) et (VIII) :



Il reste encore à interpréter la formation de bromure d'amyle tertiaire dans l'hydrolyse acide (par HBr) de l'hydroéchinuline, la formation de méthylamine dans la pyrolyse des sels de potassium de l'échinuline saponifiée, à confirmer le mode d'union des noyaux indolique et dicétopipérazinique de la molécule ; et à préciser la composition des chaînes latérales en positions 5 et 7 du noyau indolique.


Notre travail a eu pour objet de contribuer à l'étude chimique de l'Echinuline. Nous l'avons entrepris début 1953 alors que Quilico et ses collaborateurs n'avaient encore publié que des données incertaines. Si l'échinuline s'extrait avec un rendement suffisant pour pouvoir faire l'objet d'études biogénétiques (c'est là un de ses attraits), il n'en reste pas moins qu'il est difficile d'en accumuler de grosses quantités. En effet, les organismes producteurs ne se prêtent pas à une culture en grand. Ce fait a souvent, au cours de nos recherches , orienté le choix de nos méthodes de travail.


C'est ainsi que nous avons été amenés à étudier le mélange d'acides gras volatils obtenus dans l'oxydation permanganique (en milieu alcalin) de l'hexahydroéchinuline par chromatographie sur papier et sur colonne de silicagel, méthodes qui nous ont permis d'identifier quatre constituants à partir de quantités semimicrochimiques du mélange et de retrouver les trois acides que Quilico et ses collaborateurs avaient séparés par distillation fractionnée de 20 g de mélange.


En étudiant une nouvelle dégradation de l'échinuline et de son dérivé hydrogéné, à savoir l'action sur ces substances des acides perbenzoïque et perphtalique à 0°, nous avons pu apporter un argument chimique direct en faveur de l'élément de structure VI. L'échinuline, en effet, donne une réaction caractéristique des indoles : ouverture du cycle entre les carbones 2 et 3 avec formation d'un anilide de l'acide diméthylvinylacétique. En obtenant de l'acide diméthylvinylacétique par hydrolyse acide de cet anilide nous avons confirmé de façon sûre la structure de la chaîne en position 2 du système indolique.


Witkop et ses collaborateurs avaient montré que dans un certain nombre de cas, les peracides ouvrent entre les carbones 2 et 3 le cycle de dérivés indoliques non substitués à l'azote, avec fixation de deux atomes d'oxygène et formation d'ortho-acyl-anilides. D'après les données publiées, le cours de la réaction est très incertain sur les indoles simples, en particulier monosubstitués en 2. Avant d'étudier la réaction sur l'échinuline, nous avons donc été amenés à examiner le comportement de deux analogues simples synthétisés à cette fin : le tert-butyl - 2 indole (IX) et le tert-pentyl - 2 indole (X).



Nous avons constaté que l'action de l'acide perphtalique sur le tertbutyl-2 indole à O° conduit à l'acide N-pivalyl anthranilique et à une fraction neutre. Cette fraction neutre abandonnée en solution dans l'éther de pétrole donne des cristaux jaunes isomères et distincts de l'aldéhyde N-pivalyl anthranilique . Dans les mêmes conditions le tert-pentyl-2 indole donne également un acide. Le traitement acide des produits neutres d'oxydation de ces deux indoles conduit respectivement aux acides pivalique et diméthyl-2, 2 butyrique.

 





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