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Chimie organique heterocyclique Structures fondamentales Chimie et biochimie de

Chimie organique heterocyclique Structures fondamentales Chimie et biochimie des principaux composes naturels ReneMILCENT Avec la contribution de Frangois CHAU SCIENCES 1 7, avenue du Hoggar Pare d'Activite de Courtabceuf, BP 112 91944 Les Ulis Cedex A, France ISBN : 2-86883-583-X Tous droits de traduction, d'adaptation et de reproduction par tous precedes, reserves pour tous pays. La loi du 11 mars 1957 n'autorisant, aux termes des alineas 2 et 3 de 1'article 41, d'une part, que les « copies ou reproductions strictement reservees a 1'usage prive du copiste et non destinees a une utilisation collective », et d'autre part, que les analyses et les courtes citations dans un but d'exemple et d'illustration, « toute representation integrate, ou partielle, faite sans le consentement de 1'auteur ou de ses ayants droit ou ayants cause est illicite » (alinea ler de 1'article 40). Cette representation ou reproduction, par quelque precede que ce soit, constituerait done une contrefac,on sanctionnee par les articles 425 et suivants du code penal. © EDP Sciences 2003 A ma femme, et mes enfants, Stephana et Thierry. Rene MILCENT Cette page est laissée intentionnellement en blanc. Avant-propos La chimie heterocyclique est presents dans tous les domaines industriels, et pourtant peu d'ouvrages frangais lui sont consacres. Apres de nombreuses annees de recherche et d'enseignement dans ce domaine, j'ai decide d'apporter mon humble contribution en ecrivant cet ouvrage. II rassemble des con- naissances, a la fois sur les principales classes d'heterocycles qui font I'objet d'enseignements classiques dans les Universites (Sciences et Pharmacie) et Grandes Ecoles de chimie, et sur quelques autres structures comme les 1,3-azoles, diazines, purines, ou pteridines, plus parti- culierement impliquees en biologic et qui constituent, en outre, pour certaines d'entre elles, les bases structurales de nombreux medicaments. Chaque chapitre est constitue de trois parties : les methodes de synthese, les proprietes chimiques, et enfin les composes naturels derives. Les methodes de synthese les plus classi- ques sont generalement presentees les premieres. Les mecanismes indiques sont ceux qui ont ete reellement etudies ou simplement admis par I'ensemble des specialistes. Pour les proprie- tes chimiques, un choix parmi les nombreuses reactions connues a ete fait en se basant d'abord sur leur interet en synthese. Les reactions assez recentes de Minisci, ou celles qui sont catalysees par le palladium (« cross-coupling », parexemple) sont decrites et font I'objet d'un chapitre de presentation generale, au meme titre que les cycloadditions 1,3-dipolaires, et bien que ces dernieres interviennent plutot dans les syntheses d'heterocycles azotes non presen- tees dans cet ouvrage. J'ai pense qu'il etait utile de donner un eclairage particulier a ces reac- tions dans la mesure ou elles sont rarement enseignees aux etudiants de premier cycle en rai- son de leur specificite. L'interet des chimistes actuels pour tout ce qui concerne les interactions chimie-biologie, fonde, pour partie, sur les applications de leurs travaux dans les domaines bio-industriels m'a conduit a donner une place importante a la description des principaux composes d'origine naturelle derives des classes d'heterocycles etudiees, en indiquant leurs(s) synthese(s) (les plus VI Chimie organique heterocyclique classiques) et leur biosynthese, dans de nombreux cas, de meme que les mecanismes lies a leur activite. Le chapitre 12 consacre aux nucleosides, aux nucleotides et aux acides nuclei- ques n'a pour seul but que de presenter leurs structures. En revanche, j'ai voulu offrir une place particuliere aux principaux alcaloTdes derives d'heterocycles azotes, les plus nom- breux, car peu d'ouvrages en donnent une description condensee, utile a la fois aux etudiants et aux chercheurs. Us peuvent ainsi, facilement, soit decouvrir, soit retrouver quelques notions sur une structure ou une classe de ces composes. Par ailleurs, les alcalo'i'des representent une merveilleuse illustration de I'implication des heterocycles dans notre vie, dans la mesure ou ils ont joue un role parfois de premier plan dans I'Histoire et sont les bases structurales d'innombrables medicaments. Je regrette de n'avoir pas eu la possibilite de trailer les applications industrielles des struc- tures presentees sauf rares exceptions, en raison de la necessite editoriale de limiter cet ouvrage. Des documents annexes permettront au lecteur de trouver les significations de nombreu- ses abreviations souvent employes en chimie organique (pas obligatoirement dans cet ouvrage), et de quelques termes pharmacologiques utilises dans les parties biologiques. Enfin, quelques lignes retracent I'histoire de la chimie heterocyclique. Pour realiser cet ouvrage, M. Frangois Chau, chimiste, maftre de conferences a I'universite Paris 7 a apporte une exceptionnelle contribution en effectuant a plusieurs reprises, la tache particulierement ingrate des relectures tres meticuleuses, et en m'aidant de ses conseils. Je lui adresse mes vifs remerciements ainsi qu'a M. le Pr. Pierre Labbe, biochimiste a I'universite Paris 7, qui a accepte de lire la partie biologique et de formuler des remarques judicieuses qui ont toutes ete prises en compte. Que tous mes collegues des universites Paris 6 et Paris 7, qui, ponctuellement, m'ont fait beneficier de leur competence, mon editeur, Mme Agnes Henri et son equipe, et tous ceux qui m'ont aide a realiser ce projet, et plus particulierement M. le Pr. Sezeur et M. le Pr. de Gramont, soient assures de ma tres profonde reconnaissance. Septembre 2002 Sommaire Chapitre 1. Nomenclature 1 Chapitre 2. Generalites sur les reactions 15 Chapitre 3. Oxiranes, thiiranes, aziridines 33 Chapitre 4. Oxetanes, thietanes et azetidines 65 Chapitre 5. Furanes, pyrroles, et thiophenes 93 Chapitre 6. Pyridines, sels de pyrylium et de thiopyrylium 217 Chapitre 7. Indoles, benzofuranes, benzothiophenes 329 Chapitre 8. Quinoleines, isoquinoleines, sels de benzopyrylium, acridines, phenanthridines 411 Chapitre 9. 1,3-Azoles et benzimidazoles, benzoxazoles, benzothiazoles 507 Chapitre 10. Diazines et benzodiazines 585 Chapitre 11. Purines et pteridines 639 Chapitre 12. Nucleosides, nucleotides et acides nucleiques 697 Chapitre 13. Quelques classes d'alcaloTdes 725 Abreviations, acronymes et symboles 813 Bibliographic 819 Lexique de quelques termes pharmacologiques 823 Quelques dates de I'histoire de la chimie heterocyclique 827 Index 831 Cette page est laissée intentionnellement en blanc. 1 Nomenclature 1.1 Definition d'un heterocycle 1.2 Regies de nomenclature de Hantzsch-Widman 1.2.1 Regies concernant la denomination des heterocycles : prefixes et suffixes 1.2.2 Monocycles comportant un maximum de doubles liaisons conjuguees 1.2.3 Monocycles partiellement ou totalement satures comportant un seul heteroatome 1.2.4 Monocycles comportant plusieurs heteroatomes de meme nature 1.2.5 Monocycles comportant plusieurs heteroelements de natures differentes 1.2.6 Systeme bicyclique : heterocycle accole a un cycle benzenique 1.2.7 Composes formes de plusieurs heterocycles accoles 1.2.8 Succession des elements de la nomenclature 1.2.9 Heterocycles lies entre eux 1.3 Nomenclature de remplacement ou « a » nomenclature 1.4 Nomenclature specifique semi-systematique ou semi-triviale 2 Chimie organique heterocyclique 1.1 Definition d'un heterocycle En chimie organique, la classification des molecules est basee sur le nombre et la diversite des atomes qui les composent, mais aussi sur les differents types de liaisons qui constituent leur structure. Dans le cas ou les atomes forment une chame, les composes correspondants sont dits acycliques. Au contraire, si I'enchamement des atomes forme un cycle, on dira qu'il s'agit de composes cycliques. Si le cycle est entierement compose d'atomes de carbone, il s'agit de carbocycle. D'une maniere generale, si le cycle est entierement constitue d'un seul type d'atome, carbone ou autre, on ajoute le prefixe iso, composes isocycliques. Un cycle qui est constitue d'au moins deux types d'atomes est un heterocycle. II existe deux groupes d'heterocycles : ceux qui contiennent un ou des atomes de carbone lies a un ou plusieurs autres elements comme I'oxygene, le soufre, I'azote... appeles heteroelements ou heteroatomes et qui sont les composes heterocycliques organiques, et ceux qui ne contiennent pas d'atome de carbone et qui sont les hetero- cycles inorganiques ou mineraux, lesquels ne sont pas traites dans cet ouvrage (Fig. 1.1). Fig. 1.1 La piperidine est un heterocycloalcane, dans la mesure ou un atome de carbone d'un cycloalcane, ici le cyclohexane, a ete remplace par un heteroelement, I'azote. Cette definition est encore valable si plusieurs heteroelements remplacent plusieurs atomes de carbone dans un cycloalcane (voir nomenclature de remplacement, § 1.3). Les heterocycles aromatiques definis selon la regie empirique de Huckel, polyeni- ques conjugues, ayant 4n+2 electrons p delocalises dans le cycle (n egal a 0 ou un /. Nomenclature 3 nombre entier), comme la pyridine, le thiophene, le pyrrole, le furane, et dont le cycle est inscrit dans un plan (ou proche d'un plan), represented le groupe des heteroare- nes. Cette definition peut etre etendue a des composes polycycliques comme I'indole, la quinoleine, I'acridine... (Fig. 1.2). Fig. 1.2 1.2 Regies de nomenclature de Hantzsch-Widman La nomenclature des heterocycles est regie par des conventions internationales defi- nies par la commission de I'lUPAC, International Union of Pure and Applied Che- mistry. Elles permettent aux chimistes de tous pays de retrouver la formule d'une molecule a partir de sa denomination. C'est tres utile pour la redaction de publica- tions de recherche et de depot de brevets, a caractere international. Deux principaux types de regies IUPAC sont utilisees : celles de Hantzsch-Wid- man et celles dites de remplacement. Les regies de nomenclature selon Hantzsch-Widman s'appliquenta de nombreux composes et en particulier aux heterocycles dont le nombre d'atomes du cycle est compris entre trois et dix. Pour les heterocycles dont le nombre uploads/Industriel/ chimie-organique-heterocyclique-pdf.pdf