Thèse présentée à la Faculté des sciences de l'Université de Paris
pour obtenir le grade de Docteur es Sciences Physiques

par

 

Jean Chopin

Etude de deux bistéroïdes isolés de la réaction de Salkowski du cholestérol

 

soutenue le 27 novembre 1953

devant la commission d'examen :
Dupont, président
Kastler, Quelet, R., examinateurs

 

 

INTRODUCTION

Il n'est sans doute aucun autre domaine de la chimie organique et biologique où l'importance du rayonnement ultraviolet soit aussi exceptionnelle que celui des vitamines D antirachitiques tant au point de vue de leur production que de leur identification.

Cette importance fut initialement mise en évidence, vers 1924, par les travaux de Hess, de Steenbock, Rosenheim et leurs collaborateurs qui établirent que l'irradiation ultraviolette des aliments et plus particulièrement de leur fraction stérolique, faisait apparaître un pouvoir antirachitique.

Ces observations furent le point de départ des nombreuses et magnifiques recherches qui conduisirent à la préparation et à l'isolement de toute une série de vitamines D à partir des 7-déhydrostérols. L'étude de leur structure et de celle des produits intermédiaires d'irradiation montra la remarquable homogénéité de ce groupe de substances, puisque dans tous les cas la transformation passe par les mêmes stades.

7-déhydostérol (I) .... lumistérol (II) ......tachystérol (III) -..... vitamine D (IV). 

 

La simple comparaison des deux derniers termes montre immédiatement quelle étroite relation existe entre le pouvoir antirachitique et la structure de ces composés, puisque le tachystérol qui ne diffère de la vitamine D correspondante que par un simple déplacement des doubles liaisons ne possède aucune activité.

La disposition de ces trois doubles liaisons semblait donc essentielle, mais des travaux ultérieurs démontrèrent clairement que si elle était apparemment nécessaire, cette disposition n'était nulle-ment suffisante, comme on peut s'en convaincre à l'examen du tableau I.

Une modification aussi simple que le remplacement du radical méthyle fixé sur le carbone 24 de l'ergostérol par un radical éthyle fait pratiquement disparaître l'activité antirachitique.

D'autre part, l'épimérisation de l'hydroxyle en 3 ou sa transformation en carbonyle abaissent considérablement cette activité, tandis que l'estérification la supprime complètement, les seuls esters actifs étant ceux qui sont hydrolysables in vivo. Ces exemples mettent en évidence l'extrême sensibilité du pouvoir antirachitique vis-à-vis des modifications les plus minimes, tous les produits considérés étant obtenus par le même procédé d'irradiation ultraviolette.

Cependant, en 1926, Bills avait pu observer que le traitement du cholestérol par une argile acide provoquait, sans le secours d'une irradiation quelconque, l'apparition d'une activité antirachitique. Celle-ci était d'ailleurs très faible et la découverte des vitamines D amena rapidement Bills à délaisser cet aspect du problème dont l'étude ne fut reprise qu'à partir de 1986 par Yoder et ses collaborateurs Eck et Thomas qui étendirent cette « activation chimique » à un grand nombre de stérols et de réactifs.

Il est toutefois remarquable de constater que l'activité obtenue dans des conditions très diverses et à partir de stérols variés, reste toujours très faible et varie très peu, ce qui forme un contraste frappant avec le comportement des vitamines D classiques. Comme, d'autre part, la vitamine D3, selon Yoder, est détruite dans les conditions habituelles de l'activation chimique, on est bien conduit à admettre qu'il s'agit de substances antirachitiques d'un type nouveau, apparemment beaucoup plus stables.

C'est à l'étude de ce problème extrêmement intéressant que MM. Y. Raoul et P. Meunier m'ont invité à collaborer.

Observant que les réactifs employés dans l'activation chimique des stérols étaient des réactifs ionisants capables de provoquer l'apparition de phénomènes d’halochromie au contact des stérols utilisés, nous avons été conduits à examiner les réactions colorées, phases intermédiaires de la transformation, et les produits auxquels elles donnent naissance.

C'est ainsi que nous avons étudié à cet égard la réaction de  Salkowski et le but de cette thèse sera précisément d'exposer les résultats que nous avons obtenus dans ce domaine.

Nous consacrerons une première partie aux travaux antérieurs dans les domaines de l'activation chimique des .stérols d'une part, des réactions colorées et de réactions connexes du cholestérol d'autre part.

Nous aborderons dans une deuxième partie nos travaux personnels que nous exposerons dans quatre chapitres consacrés respectivement à :

1)            l'isolement de deux substances définies, provisoirement dénommées "corps 312 et 280" , dans les produits de la réaction de Salkowski ;

2) l'étude physicochimique et la détermination de structure du corps 312 ;

3) l'étude physicochimique et la détermination de structure du corps 280 ;

4) l'activation chimique du corps 280.

Nous présenterons pour terminer les conclusions que nous avons pu tirer de cette étude. 

 

CONCLUSION

Dans le cadre de recherches plus générales sur les composés anti-rachitiques produits par traitement purement chimique du cholestérol, nous avons été amené à étudier pour la première fois les produits delà réaction de Salkowski dans laquelle le cholestérol en solution chloroformique est soumis à l'action de l'acide sulfurique concentré.

1° Nous avons isolé deux de ces produits de réaction, caractérisés par leur extrême insolubilité, leurs points de fusion très élevés et leurs spectres d'absorption dans l'ultraviolet, en raison desquels nous les avons provisoirement nommés corps 280 et 3 12. Ils sont obtenus avec des rendements respectifs de 15 et 3 p. 100.

2° Les propriétés physiques et chimiques du corps 312 nous ont permis de l'identifier au produit de déshydratation du pinacol de la D4-cholesténone-3, obtenu par Windaus et Butenandt et Posch-mann par des voies très différentes. La coupure quantitative du pinacol en cholesténone par le tétracétate de plomb nous a permis d'établir sans ambiguïté sa structure, et des considérations spectrales nous ont conduit à attribuer au corps 312 la formule du 3,3'-bicholestatétrène-3,5,3',5',C54H86.

Cette structure est confirmée par l'action sur le corps 312 de la N-bromosuccinimide qui donne naissance à un hydrocarbure dont les propriétés correspondent parfaitement à celles du 3,3'-bicholestahexène-3,5,7,3',5',7', C54H82 attendu.

3° Le corps 280, C54H86, est un isomère du corps 312. La titration perbenzoïque à température ordinaire révèle quatre doubles liaisons. La déshydrogénation sur charbon palladié ou sur sélénium permet de conclure à la conservation du squelette stérolique et l'analogie spectrale des produits de déshydrogénation des corps 280 et 312 suggère l'identité de leurs squelettes carbonés.

Cette identité est définitivement établie par l'hydrogénation catalytique comparée des corps 280 et 312 qui conduit, dans les deux cas, à deux hydrocarbures saturés C54H94, dont l'un est identique à un 3,3'-bicholestane, obtenu différemment par Squire.

Nous avons ensuite cherché à localiser les doubles liaisons du corps 280. Les oxydations permanganique, chromique et nitrique et l'ozonolyse ne nous ont pas donné de produit défini.

La dégradation par le réactif de Liebermann-Burchard (anhydride acétique + acide sulfurique) à chaud nous a conduit à une substance C9H10O3 à propriétés d'anhydride, que fournit également le cholestérol dans les mêmes conditions.

L'oxydation perbenzoïque ne nous a pas permis d'obtenir le tétraépoxyde attendu, mais un mélange complexe dont nous avons pu isoler avec un très mauvais rendement un triépoxyde C54H86O3, un diacide C52H42O4 résultant d'une dégradation par oxydation plus poussée et, exceptionnellement, un produit, probablement d'hydrolyse partielle de l'époxyde, C54H90O5. La trop faible quantité de ces substances n'en a pas permis une étude plus approfondie.

L'action de la N-bromosuccinimide sur le corps 280 donne un mélange complexe dont nous avons pu isoler quatre hydrocarbures :

— un isomère C54H86 du corps 280, dans lequel le spectre d'absorption dans l'ultraviolet (maximum à 240 mm.) permet de déceler deux doubles liaisons conjuguées hétéroannulaires,

— trois hydrocarbures colorés possédant des spectres d'absorption dans l'ultraviolet à deux maxima, situés respectivement à 323 et 335 mû., 338 et 352 ma, 378 et 398 mu., et dont le dernier paraît identique au bicholestahexène obtenu à partir du corps 312. La présence de traces d'halogène inséparables ne nous a pas permis de leur attribuer une formule précise.

Enfin, nous avons pu identifier le corps 280 avec l'a-cholestérylène obtenu par Zwenger par action de l'acide sulfurique à 80 p. 100 sur le cholestérol sec, et dont la structure a été récemment étudiée par Owades et Sobel. Nos précédents résultats nous ont permis de rejeter la formule du 3',6-bicholestatétrène-2,4,2',4' proposée par ces auteurs pour l'a-cholestérylèue et leurs résultats ont confirmé la formule qui fut notre hypothèse de départ, celle du 3,3'-bicholestatétrène-2,4,2',4'.

4° L'isolement occasionnel, dans la réaction de Liebermann-Burchard du cholestérol, d'un hypothétique «éther-oxyde de tachystéryle» (qui s'est révélé ensuite être un mélange de corps 280 et 312) nous a conduit à la transformation du corps 280 en un produit brut d'activité antirachitique importante (300 000 U.I./g) par simple ébullition dans le mélange dichloréthane-acide acétique (1 : 1). Des travaux récents de Raoul et coll. ont montré qu'on pouvait extraire de ce produit brut un corps d'activité comparable à celle des vitamines D2 et D3, susceptible de se combiner aux ions calcium, et de structure encore inconnue.

Mots clefs : activité / antirachitique / bicholestahexène / bicholestane / bicholestatétrène / bills / bromosuccinimide / burchard / cholesténone / cholestérol / cholestérylène / déhydostérol / dichloréthane / ergostérol / éthyle / étude / hydrocarbure / irradiation / isolement / liebermann / lumistérol / meunier / owades / oxydation / perbenzoïque / physicochimique / pinacol / propriété / raoul / réaction / recherche / salkowski / stérols / structure / sulfurique / tachystérol / tachystéryle / tétracétate / tétraépoxyde / ultraviolet / vitamine / yoder / chopin / dupont