Dialogue théorie/expérience pour le design de molécules aromatiques fluorées d’intérêt sociétal

Une bourse de thèse ministérielle est ouverte dans l'équipe "Modélisation et Structure" de l'Institut de Chimie Moléculaire de l'Université de Bourgogne, France.

Encadrement : Paul Fleurat-Lessard               Paul.Fleurat-Lessard@u-bourgogne.fr             Tél : 03 80 39 37 20

                          Jean-Cyrille Hierso                Jean-Cyrille.Hierso@u-bourgogne.fr              Tél : 03 80 39 61 07

                           Laurence Grimaud                       Laurence.Grimaud@ens.fr                     Tél : 01 44 32 38 72

Les dérivés fluorés sont très présents dans notre vie quotidienne : les revêtements Téflon©, le Gore-Tex©… Les dérivés fluorés aromatiques sont présents dans plus de 20% des médicaments commerciaux[1],[2] car ils facilitent la biodisponibilité, la distribution, le métabolisme et l'adsorption des molécules et dans 30% des molécules agro-chimiques (Schéma 1).[3] Une autre application d’importance concerne la tomoscintigraphie par émission de positons (TEP) qui utilise, entre autres, des radiotraceurs incorporant des atomes de fluor 18 (18F) radio émetteurs. La demi-vie du 18F étant relativement courte (109 mn), la synthèse, la purification et l’injection des radiotraceurs doivent se faire aussi vite que possible.[4] Ainsi, l’introduction en dernière étape de fluor (late stage-fluorination) est particulièrement intéressante. L’équipe du Pr. J.-C. Hierso à l’Institut de Chimie Moléculaire de l’Université de Bourgogne (uB) étudie actuellement la fluoration électrophile (i.e. à l’aide de réactifs libérant formellement F+) de dérivés benzéniques substitués par un groupe directeur azoté comme le pyrrole[5] ou la s-tétrazine (Schéma 2).[6] Les dérivés halogénés de la tétrazine sont particulièrement importants dans la famille des acaricides (Clofentezine®) mais également car ce sont des intermédiaires pour former des composés polysubstitués très utilisés dans des domaines variés allant de la médecine aux matériaux pour les cellules photovoltaïques.[7]

Schéma 1

Schéma 2

Ce projet de doctorat s’inscrit dans une étude globale menée dans l’équipe autour des mécanismes de la fluoration orientée par des groupes azotés, comme ceux des molécules du Schéma 2. Trois mécanismes principaux ont été proposés dans la littérature : une fluoration par sphère externe,5 un mécanisme d’addition oxydante/élimination réductrice passant par un palladium au degré d’oxydation IV,[8] et la formation de dimères de palladium impliquant probablement le degré d’oxydation III du palladium (Schéma 3).[9]

L’étude mécanistique sera menée en combinant des calculs théoriques5,11 (menés à Dijon dans l’équipe du Pr. P. Fleurat-Lessard) avec une étude électrochimique[10] (menée à Paris dans le groupe du Dr. L. Grimaud) et des expériences de synthèse ou de suivi cinétique (Dijon, équipe du Pr. J.-C. Hierso). Ce travail conjoint théorique et expérimental est une plus-value importante de ce projet.

Schéma 3

Le but du projet est de mieux comprendre le mécanisme pour pouvoir contrôler finement la synthèse de composés halogénés en utilisant des sources de fluor « électrophile » ou « nucléophile » (Schéma 4).

Schéma 4

Le contrôle de la position et de la nature de l’halogène inséré permettra d’étendre le procédé à des poly-substitutions non équivalentes. Ceci consiste à introduire différents substituants (halogènes ou autres groupes) sur différentes positions du squelette de façon à obtenir des composés multifonctionnels (Schéma 5).

Schéma 5

Le candidat retenu devra mener l’étude théorique à l’aide de méthodes DFT et du programme Opt'n Path développé dans notre groupe.[11] S’il le souhaite, il pourra aussi mener les études électrochimiques lors de séjours à l’ENS de Paris.

Les résultats obtenus lors de cette thèse permettront le design de molécules d’intérêt pharmaceutique (imagerie, diagnostique, traitement), agrochimique et industriel.



[1] Muller, K., Faeh, C., Diederich, F. « Fluorine in Pharmaceuticals: Looking Beyond Intuition. » Science 2007, 317, 1881.

[2] Cohen, P. « Targeting protein kinases for the development of anti-inflammatory drugs », Curr. Op. Cell Biol. 2009, 21, 317.

[3] Bégué, J.-P. ; Bonnet-Delpon, D. « Chimie bioorganique et médicinale du fluor », EDP Sciences, 2005.

[4] Gouverneur, V. Science 2009, 325, 1630.

[5] Testa, C., Roger, J., Scheib, S., Fleurat-Lessard, P. and Hierso, J.-C. Adv. Synth. Catal. 2015, 357, 2913.

[6] a) C. Testa, E. Gigot, S. Genc, R. Decréau, J. Roger, J.-C. Hierso Angew. Chem. Int. Ed. 2016,55, 5555; b) Brevet Université de Bourgogne 2015, US Demande n° US 62/260,741

[7] Z. Li, J. Ding, N. Song, J. Lu, Y. Tao J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 13160

[8] K. L. Hull, W. Q. Anani, M. S. Sanford, J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 7134

[9] D. C. Powers, T. Ritter Nat Chem 2009, 1, 302. b) M. G. Campbell, T. Ritter, Chem. Rev. 2015, 115, 612

[10] Perego, L. A.; Fleurat-Lessard, P.; ElKaïm, L.; Ciofini, I.; Grimaud, L. Chem. Eur. J. 2016, 22, 15491

[11] a) Chéron, N.; Le Maréchal, J.-F.; Fleurat-Lessard, P. « La recherche de mécanismes en chimie théorique » Actualité Chimique 2013, 375-376, 91. b) http://perso.ens-lyon.fr/paul.fleurat-lessard/ReactionPath.html

Last update: 04/2017 by PFL.