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UNIVERSITE DU QUEBEC MÉMOIRE PRÉSENTÉ À L'UNIVERSITÉ DU QUÉBEC À CHICOUTIMI COM

UNIVERSITE DU QUEBEC MÉMOIRE PRÉSENTÉ À L'UNIVERSITÉ DU QUÉBEC À CHICOUTIMI COMME EXIGENCE PARTIELLE DE LA MAÎTRISE EN RESSOURCES RENOUVELABLES PAR MARIANNE PIOCHON ÉTUDE DES HUILES ESSENTIELLES D'ESPÈCES VÉGÉTALES DE LA FLORE LAURENTIENNE: COMPOSITION CHIMIQUE, ACTIVITÉS PHARMACOLOGIQUES ET HÉMI-SYNTHÈSE. Août 2008 bibliothèque Paul-Emile-Bouletj UIUQAC Mise en garde/Advice Afin de rendre accessible au plus grand nombre le résultat des travaux de recherche menés par ses étudiants gradués et dans l'esprit des règles qui régissent le dépôt et la diffusion des mémoires et thèses produits dans cette Institution, l'Université du Québec à Chicoutimi (UQAC) est fière de rendre accessible une version complète et gratuite de cette œuvre. Motivated by a desire to make the results of its graduate students' research accessible to all, and in accordance with the rules governing the acceptation and diffusion of dissertations and theses in this Institution, the Université du Québec à Chicoutimi (UQAC) is proud to make a complete version of this work available at no cost to the reader. L'auteur conserve néanmoins la propriété du droit d'auteur qui protège ce mémoire ou cette thèse. Ni le mémoire ou la thèse ni des extraits substantiels de ceux-ci ne peuvent être imprimés ou autrement reproduits sans son autorisation. The author retains ownership of the copyright of this dissertation or thesis. Neither the dissertation or thesis, nor substantial extracts from it, may be printed or otherwise reproduced without the author's permission. RESUME Au Québec, le potentiel pharmacologique des huiles essentielles issues de plantes de la flore laurentienne a été très peu étudié. Dans ce contexte et en tenant compte du savoir médicinal des autochtones, les chercheurs du laboratoire LASEVE de l'UQAC étudient leur potentiel pharmacologique ainsi que celui de leurs constituants volatils. Dans cette optique, ce projet de maîtrise visait à évaluer les activités anticancéreuse, antioxydante, anti-inflammatoire, antifongique et antibactérienne de plusieurs huiles essentielles issues de plantes de la forêt boréale. Suite à ce criblage biologique, l'huile essentielle de bourgeons de peuplier baumier s'est remarquablement distinguée des autres espèces de par son activité anticancéreuse (IC50 12-16 Hg/mL). Une étude approfondie de la composition chimique de cette huile essentielle a donc été entreprise à partir de bourgeons récoltés à différentes périodes de l'année. Le composé majoritaire, l'ot-bisabolol, un alcool sesquiterpénique bien connu pour sa non-toxicité, a été identifié et dosé dans chaque huile essentielle. Une activité cytotoxique marquée envers les lignées cancéreuses de poumon (A549) et de côlon (DLD-1) a été observée pour ce composé (IC50 18 et 26 u.g/mL). L'a-bisabolol P-D-fucopyranoside, un sesquiterpène glycosidé naturel, a été synthétisé avec cinq autres glycosides d'a-bisabolo! O-D-glucoside, p-D-galactoside, p-D-xy!oside, a-L-rtiamnoside et a-D-mannoside). Pour la première fois, la synthèse de glycosides d'un sesquiterpène selon la procédure inverse de Schmidt a été réalisée et avec d'excellents rendements (83-95%). Leur activité anticancéreuse a été évaluée contre un large éventail de cellules cancéreuses. Dans la plupart des cas, l'addition d'une section sucre a eu pour effet d'améliorer l'activité cytotoxique de l'a-bisabolol. Parmi les six glycosides synthétisés, l'a-bisabolol a-L-rhamnoyranoside a exercé la plus forte cytotoxicité (!C50 40-64 u.M) surpassant celle de la molécule initiale. Par ailleurs, au cours de ce projet, l'huile essentielle des fleurs de Solidago puberula a également été étudiée car son profil chimique n'avait jamais été établi. Une activité anticancéreuse modérée a été détectée pour cette huile essentielle (IC50 DLD-1: 30 ± 4 u,g/mL). Une autre partie importante de ce projet visait à étudier S a composition et le potentiel pharmacologique des hydrolats, produits secondaires obtenus !ors de l'extraction des huiles essentielles par entraînement à la vapeur d'eau. Les hydrolats ont en effet été très peu étudiés. Pour la première fois, la composition chimique de plusieurs hydrolats a été analysée ainsi que leur activité biologique. Ainsi, i'hydrolat de bourgeons de Populus balsamifera a démontré une activité antioxydante intéressante à l'aide du test chimique ORÂC (23 ± 10 u.mo! Trolox/mg). Ceux de Solidago puberula et Monarda didyma ont démontré une activité anti-inflammatoire intéressante en inhibant fortement le relâchement d'oxyde nitrique dans les macrophages murins stimulés avec une molécule induisant l'inflammation (LPS). Au final, les résultats de ce projet de maîtrise auront permis de mettre en évidence le potentiel thérapeutique des huiles essentielles et hydrolats de plantes de la flore laurentienne et d'ouvrir la voie à de futures études. 11 REMERCIEMENTS Je voudrais tout d'abord remercier mon directeur de recherche, le professeur André Pichette pour m'avoir accueillie au sein du Laboratoire d'Analyse et de Séparation des Essences Végétales (LASEVE) et confiée un projet tout aussi passionnant. Je remercie également mon co-directeur, le professeur Jean Legault, responsable de l'équipe biochimie du LASEVE, pour avoir permis de réaliser l'interface avec le domaine de la pharmacologie. Au LASEVE je remercie: Hélène Gagnon (assistante de recherche du professeur André Pichette) pour ses nombreux conseils pratiques dans le domaine des huiles essentielles. Serge Lavoie (assistant de recherche du professeur André Pichette) pour toute l'aide qu'il m'a apportée que ce soit au niveau de la chimie, de S'analyse et de l'informatique. Maxime Lebrun et Catherine Dussault (assistants de recherche du professeur Jean Legault) pour avoir effectué les tests de bioactivité. Phillipe Dufour (étudiant à la maîtrise) et Jimmy bouchard (chercheur post-doctoral) pour leur soutien dans le domaine de la synthèse organique. Charles Gauthier (étudiant au doctorat) qui, tout au long de ma maîtrise, m'a beaucoup encouragée et soutenue. Tous mes collègues du LASEVE avec qui se fût un réel plaisir de travailler au cours de ces trois années passées à Chicoutimi. Pour terminer, je souhaite remercier avec une attention toute particulière mes parents, Noëlle et Gérard Piochon qui, malgré la distance, ont toujours su me réconforter et me conseiller durant mes études à Chicoutimi. m TABLE DES MATIERES Résumé i Remerciements ii Table des matières iii Liste des figures vii Liste des tableaux ix Liste des annexes xi CHAPITRE 1. INTRODUCTION 1 CHAPITRE 2, LES HUILES ESSENTIELLES 5 2.1. Les procédés d'extraction 5 2.1.1. La distillation 5 2.1.2. Extraction par micro-ondes 7 2.1.3. Extraction par solvants et par les graisses 9 2.1.4. Extraction au CO2 supercritique 9 2.2. Composition 11 2.2.1. Les composés volatils des huiles essentielles 11 2.2.2. Les chémotypes 14 2.2.3. Les facteurs influençant la composition 15 2.3. Les activités biologiques et pharmacologiques 16 2.3.1. La toxicité des huiles essentielles 16 2.3.2. Activités biologiques 17 IV 2.3.3. Activités pharmacologiques 19 CHAPITRE 3. LES HYDROLATS 23 3.1. Considérations générales 23 3.2. Composition 24 3.3. Activités biologiques et pharmacologiques 27 3.3.1. Activité antibactérienne 27 3.3.2. Activité antifongique 29 3.3.3. Activité pharmacologique 30 3.4. Conclusion 31 CHAPITRE 4. SESQUITERPÈNES ET GLYCOSIDES DE VOLATILS ANTiCANCÉREUX : L E CAS DE L'cx-BISABOLQL 33 4.1. L'a-bisabolol 33 4.2. La barrière hémato-encéphalique 36 4.3. Les composés volatiis glycosidés 40 4.4. Synthèse des glycosides de volatils 43 4.5. Potentiel pharmacologique des glycosides de volatils 45 CHAPITRE 5. ARTICLE: "CHEMICAL COMPOSITION AND ANTICANCER ACTIVITY OF ESSENTIAL OIL FROM POPULUS BALSAMIFERA BUDS" 46 CHAPITRE 6. ARTICLE: "EFFICIENT SYNTHESIS AND CYTOTOXIC EVALUATION OF NATURAL a-BISABOLOL p-D-FUCOPYRANOSIDE AND ANALOGUES" 66 CHAPITRE 7. ÉTAT D'AVANCEMENT DU PROJET 100 7.1. Criblage biologique des huiles essentielles de plantes de la flore laurentienne 100 7.1.1. Analyse chromatographique en phase gazeuse (GC-FID) 101 7.1.2. Analyse chromatographique en phase gazeuse (GC-MS) 102 7.1.3. Identification des composés 102 7.1.4. Tests biologiques 102 7.1.5. Résultats des tests d'activités 104 7.1.5.1. Activité anticancéreuse 104 7.1.5.2. Activité antifongique 106 7.1.5.3. Activité antibactérienne 107 7.1.5.4. Activité antioxydante 108 7.1.5.5. Conclusion 109 7.2. Solidogo puberuta , 110 7.2.1. Huile essentielle de Solidago puberula 111 7.2.1.1. Extraction 111 7.2.1.2. Composition , 112 7.2.1.3. Activité anticancéreuse 114 7.2.1.4. Activité anti-inflammatoire 115 7.2.2. Hydroiat de Solidago puberula 116 7.2.2.1. Extraction 116 7.2.2.2. Composition 117 7.2.2.3. Activité anti-inflammatoire 119 7.2.3. Extraits aux solvants de Solidago puberula 121 7.2.3.1. Extraction 121 VI 7.2.3.2. Activités anticancéreuse et anti-inflammatoire 121 7.3. Hydrolat de Populus balsamifera 123 7.3.1. Extraction 123 7.3.2. Composition 123 7.3.3. Activité antioxydante 125 7.4. Monarda didyma 125 7.4.1. Huile essentielle de Monarda didyma 126 7.4.1.1. Extraction 126 7.4.1.2. Composition 127 7.4.1.3. Activité antioxydante..... 129 7.4.2. Hydrolat de Monarda didyma 130 7.4.2.1. Extraction 130 7.4.2.2. Composition 130 7.4.2.3. Activité anti-inflammatoire 132 CHAPITRE 8. CONCLUSION ET PERSPECTIVES FUTURES 135 Bibliographie 139 Annexes 156 Vil LISTE DES FIGURES Figure 1. Système d'extraction des huiles essentielles par entraînement à !a vapeur 6 Figure 2. Système d'extraction des huiles essentielles par micro-ondes 8 Figure 3. Différence de sélectivité entre trois méthodes d'extraction 11 Figure 4. Exemples de structures de monoterpènes 12 Figure 5. Exemples de structures de sesquiterpènes 13 Figure 6. Exemples de structures de composés dérivés du phenylpropane 13 Figure 7. Exemples de structures de composés issus de la dégradation d'acides gras ou de terpènes 14 Figure 8. Comparaison de la composition d'une huile essentielle et de l'hydrolat correspondant 26 Figure 9. Structure chimique des menthanes diols 31 Figure 10. Structure chimique de l'ot-bisabolol 34 Figure 11. Synthèse de l'a-bisabolol à partir du linalol 35 Figure 12. Synthèse de l'a-bisabolol à partir du cétodiène 35 Figure 13. Images de tumeurs cérébrales obtenues par résonance magnétique nucléaire 36 Figure 14. Représentation schématique de la barrière hémato-encéphalique 38 Figure 15. Exemples de sesquiterpènes glycosidés uploads/Litterature/ huiles-quebec.pdf