Synthèse d'hybrides de produits naturels par la réaction Ugi dans des milieux complexes contenant des extraits végétaux

Rapports scientifiques volume 12, Numéro d'article : 15568 (2022) Citer cet article

1287 accès

1 Citations

2 Altmétrique

Détails des métriques

Les extraits de plantes sont riches en une grande variété de molécules aux activités biologiques diverses. Le génie chimique des extraits de plantes a fourni une voie de synthèse simple et simultanée pour les molécules artificielles dérivées de produits végétaux. Cette étude a abouti à la synthèse de 13 molécules de type produit naturel par la réaction multicomposant Ugi en utilisant des extraits de plantes comme substrats. En particulier, l'ingénierie d'un mélange d'extraits de plantes a démontré une voie de synthèse unique vers une série d'hybrides de produits naturels, par laquelle des molécules naturelles d'origines différentes, autrement inconnues, ont été chimiquement hybridées dans des milieux complexes. Même si ces réactions ont eu lieu dans des milieux complexes contenant des extraits de plantes, le procédé bien conçu a atteint une bonne efficacité de conversion (~ 60 %), une chimiosélectivité et une reproductibilité. De plus, certains des adduits d'Ugi ont présenté une activité inhibitrice prometteuse vis-à-vis de la protéase.

Les plantes produisent des centaines voire des milliers de produits chimiques structurellement divers et complexes pour répondre à leurs besoins nutritionnels, métaboliques, défensifs et reproductifs1,2,3. La composition chimique des plantes diffère selon les espèces, les stades de vie, les habitats et les environnements et reflète les stratégies de survie qui se sont développées au cours de millions d'années de compétition, de sélection et d'évolution pour la survie2,3. Ainsi, les plantes ont été et continueront d'être des fournisseurs utiles de divers produits chimiques au-delà de nos attentes et de notre imagination. Le processus de production chimique unique des plantes a inspiré les chimistes à explorer et à utiliser les produits végétaux comme points de départ fiables pour la découverte et le développement de produits pharmaceutiques et agrochimiques4,5. En effet, des dizaines de produits pharmaceutiques et agrochimiques approuvés, et leurs candidats, proviennent de produits végétaux6,7. Cependant, après plus d'un siècle d'études exhaustives, il est aujourd'hui de plus en plus difficile d'identifier des substances chimiques inexplorées dans les plantes8. À leur tour, les chimistes ont exploré le mécanisme de biosynthèse des plantes et manipulé les voies et enzymes correspondantes pour acquérir des molécules biosynthétiques inhabituelles ou inexplorées9,10. Les chimistes ont également conçu des molécules artificielles bioinspirées et les ont synthétisées dans des flacons à partir de petits produits pétrochimiques facilement disponibles ou de produits naturels « isolés », bien que des efforts importants soient nécessaires pour créer des produits chimiques divers et élaborés similaires aux produits naturels.

Une autre approche pour obtenir des molécules artificielles dérivées de produits naturels a été explorée par le génie chimique d'extraits de produits naturels (Fig. 1a, en rouge)5,11. Cette méthode permet de concevoir et de synthétiser des molécules de type produit naturel directement à partir de produits chimiques naturels dans des extraits de produits naturels facilement disponibles. Un avantage de cette méthode est que si les extraits possèdent plusieurs molécules réactives, cette méthode fournit simultanément un ensemble de molécules issues de produits naturels en une seule opération de synthèse12,13,14. Cependant, le traitement d'extraits de produits naturels avec des réactifs synthétiques provoque souvent des événements défavorables tels que des réactions involontaires, la décomposition des composants de l'extrait et des réactifs restants, et ainsi les mélanges techniques résultants ont tendance à devenir beaucoup plus compliqués15. Par conséquent, l'isolement ultérieur des produits à partir des mélanges réactionnels nécessite une séparation, une purification, une détermination structurelle et une déréplication fastidieuses. De plus, le guidage de l'activité biologique est parfois nécessaire16, comme on l'observe dans les découvertes traditionnelles de produits naturels. Une limitation de cette méthode de synthèse se trouve également dans le fait que toute l'ingénierie antérieure a simplement modifié des groupes fonctionnels uniques ou des fragments de produits naturels dans les extraits. Ces modifications parallèles de produits naturels peuvent également être remplacées par une opération par étapes impliquant l'isolement d'un ensemble de molécules ciblées à partir d'extraits et la manipulation chimique ultérieure de molécules individuelles (Fig. 1a, représentée en gris). Dans plusieurs cas, une telle approche séquentielle traditionnelle peut être plus facile à mettre en œuvre que l'approche du génie chimique. Ainsi, cette méthode nouveau-née est restée loin d'une large attention et application.

(a) Génie chimique des extraits de produits naturels rapportés dans la littérature. (b) Hybridation chimique de produits naturels par l'Ugi-4CR dans cette étude.

Ici, cette étude a abouti à la conception et à la synthèse de 13 molécules ressemblant à des produits végétaux naturels par la réaction à quatre composants Ugi (Ugi-4CR) en utilisant des extraits naturels de plantes comme substrats, sans causer de complications inutiles au mélange réactionnel. En particulier, l'ingénierie utilisant un mélange d'extrait de méthanol de Curcuma zedoaria et d'acides gras d'huile de ricin a fourni avec succès une voie de synthèse vers une série d'hybrides de produits naturels, par laquelle des molécules naturelles d'espèces différentes, autrement inconnues, ont été chimiquement hybridées dans un mélange complexe d'extraits naturels de plantes.

L'hybridation chimique de produits végétaux a été réalisée par génie chimique d'extraits de plantes à l'aide de la réaction racémique Ugi à quatre composants (Ugi-4CR), dans laquelle quatre types différents de composants de groupes fonctionnels, à savoir un aldéhyde ou une cétone, une amine primaire, un acide carboxylique et un isocyanure, s'assemblent en un α-acylamino amide (Fig. 1b) 17,18. Un isocyanure possédant à la fois des propriétés nucléophiles et électrophiles sert de réactif de couplage pour les produits végétaux. En règle générale, une procédure en un seul pot avec un mélange stoechiométrique de composants de substrat donne un produit d'addition Ugi quantitativement, avec de l'eau comme seul sous-produit19. L'économie d'étapes et d'atomes élevée de l'Ugi-4CR conviendrait à l'exécution de l'ingénierie chimique d'extraits de produits naturels sans causer de complications inutiles au mélange réactionnel20,21,22,23. De plus, l'abondance naturelle d'aldéhydes, de cétones et d'acides carboxyliques dans les plantes4,24,25 nous a motivés à utiliser des extraits de plantes comme substrats de l'Ugi-4CR.

Tout d'abord, à l'aide de composés modèles, la portée du substrat de l'Ugi-4CR a été brièvement étudiée (Fig. S1 supplémentaire). Le temps de réaction a été fixé à 7 jours pour toutes les entrées. Fait important, la température de réaction a été fixée à température ambiante et quatre substrats ont été mélangés de manière stoechiométrique, afin d'éviter des réactions secondaires indésirables et/ou des décompositions de constituants dans les extraits. En résumé, ces conditions de réaction douces présentaient une large portée et donnaient des adduits Ugi avec des rendements modérés à élevés (11 exemples, rendements de 45 à 93 %), et l'Ugi-4CR s'est donc avéré adapté au génie chimique des extraits de plantes. Alors que certains des substrats n'ont nécessité que quelques jours pour terminer la réaction, d'autres substrats ont présenté des conversions lentes (Fig. S1 supplémentaire, entrées 1a, 1b dans TFE, 1f et 1h). Ainsi, le temps de réaction pour la réaction Ugi suivante utilisant des extraits de plantes a été fixé à 7 jours.

Dans les conditions de réaction optimisées, la première ingénierie chimique d'un extrait de plante a été réalisée en utilisant l'extrait de méthanol du péricarpe disponible dans le commerce de Zanthoxylum piperitum (ZP1) comme composant carbonyle de l'Ugi-4CR (Fig. 2). La teneur en composés carbonylés dans l'extrait de ZP1 a été grossièrement estimée à 0,156 ± 0,002 mg de menthone par mg d'extrait par quantification colorimétrique à l'aide de 2,4-dinitrophénylhydrazonate.26 L'extrait de ZP1 (1,32 g) a été mélangé avec un excès de benzylamine, d'acide acétique et d'isocyanure de p-toluènesulfonylméthyle (TosMIC) dans du méthanol. Après agitation pendant 7 jours, le mélange brut a été séparé et purifié à plusieurs reprises par chromatographie sur colonne de gel de silice et chromatographie sur couche mince (CCM) préparative pour isoler le nouvel adduit Ugi 2 (5,28 mg), qui s'est avéré dériver du citronellal (3) dans ZP127. La structure de 2 était bien caractérisée par une combinaison d'analyses RMN 1H, COSY 1H – 1H, RMN 13C, DEPT, HMQC, HMBC, IR et MS. Au cours des étapes de séparation et de purification, les signaux RMN 1H caractéristiques dérivés des groupes tosyle et benzyle en 2 et l'absorbance UV ont été efficacement utilisés pour identifier le produit. La facilité de manipulation de ce processus contraste fortement avec la difficulté d'isoler 3 de l'extrait ZP1 et les processus de manipulation chimique ultérieurs en raison de la faible teneur en 3 dans l'extrait ZP1 et de l'absence d'absorption UV à 254 nm.

Synthèse de 2 par l'Ugi-4CR de l'extrait méthanolique de Z. piperitum (ZP1) en présence de benzylamine, d'acide acétique et de TosMIC. L'encart montre la teneur en carbonyle de l'extrait ZP1.

Ensuite, le génie chimique des extraits de plantes a été réalisé en utilisant la poudre de rhizome séché disponible dans le commerce de Curcuma zedoaria de Chine (CZ1) comme composant carbonyle de l'Ugi-4CR. La teneur en carbonyle de l'extrait de méthanol de CZ1 a été estimée à 0, 162 ± 0, 003 mg de menthone par mg d'extrait (Fig. 3a), et un mélange stoechiométrique de l'extrait de CZ1, de benzylamine, d'acide chloroacétique et d'isocyanure de cyclohexyle a été soumis aux conditions Ugi-4CR. Sur la base des résultats présentés dans la Fig. S1 supplémentaire, l'acide le plus réactif, l'acide chloroacétique, a été utilisé comme composant acide. Le mélange d'ingénierie résultant et l'extrait CZ1 non traité ont ensuite été grossièrement divisés en six fractions par chromatographie sur colonne de gel de silice, et leur composition chimique a été analysée par CCM (Fig. S2 supplémentaire). Le résultat a montré que la plupart des taches (constituants) de l'extrait CZ1 sont restées inchangées dans les conditions d'ingénierie et ont clairement mis en évidence une tache disparue (substrat) ainsi que des taches nouvellement apparues (produits à isoler). La séparation et la purification répétées du mélange modifié ont abouti à l'identification réussie de deux nouveaux adduits Ugi 4 et 5, qui se sont tous deux révélés dériver de la curcuménone (6) dans CZ1 (Fig. 3b)28. Le composant acétyle dans 5 a été supposé dériver de CZ1. Les deux produits avaient un stéréocentre tétrasubstitué nouvellement construit et existaient sous la forme d'un mélange 1:1 de diastéréomères. L'efficacité de conversion dans cette procédure d'ingénierie a été estimée à environ 58 % sur la base de la teneur en 6 dans l'extrait CZ1 de départ, qui a été déterminée par des processus fastidieux de séparation et de purification (tableau 1, entrée 1). Cette efficacité de conversion était tout à fait satisfaisante étant donné que la présente réaction a été réalisée en présence de nombreux produits chimiques non identifiés, indiquant la chimiosélectivité élevée du procédé d'ingénierie à base d'Ugi-4CR. Le même processus a également été appliqué à l'extrait au méthanol de la poudre de rhizome séchée de C. zedoaria du Japon (CZ2) pour fournir 4 avec un rendement légèrement réduit (28%, entrée 2, Fig. S3 supplémentaire). En revanche, aucun adduit Ugi n'a été obtenu à partir de la réaction avec C. phaeocaulis (CP1) car cet extrait ne contenait pas de curcuménone ou d'autres aldéhydes ou cétones réactifs (entrée 3). Comme prévu, la composition chimique du mélange CP1 modifié est apparemment restée inchangée dans les conditions Ugi-4CR actuelles (Fig. S4 supplémentaire). La réaction de l'extrait au méthanol de C. longa (CL1) contenant de la curcuménone a également donné l'adduit Ugi 4 avec une efficacité de conversion de 49% (entrée 4, Fig. S5 supplémentaire), en bon accord avec les résultats d'ingénierie pour CZ1 (entrée 1). Les efficacités de conversion similaires, quelle que soit l'origine de la plante, ont démontré la reproductibilité de la méthode d'ingénierie actuelle (Fig. S6 supplémentaire). Les extraits contenant de la curcuménone, CZ1, CZ2 et CL1 avaient une composition chimique différente, comme le montrent les analyses TLC correspondantes (Fig. 3c, d); cependant, tous les processus d'ingénierie ont fourni de la même manière les adduits Ugi, démontrant la robustesse de la méthode proposée. Il convient de noter que la curucuménone isolée (6) s'est avérée instable et progressivement décomposée. Ainsi, la méthode d'ingénierie actuelle a permis la modification chimique directe de produits végétaux qui seraient autrement inaccessibles.

(a) Teneur en carbonyle des extraits. ( b ) Structures des adduits Ugi 4 et 5 et de la curcuménone (6). (c) CCM de la fraction n°2 des extraits non traités. La CCM a été développée avec de l'hexane/acétate d'éthyle (4:1) puis visualisée par lumière UV à 254 nm (i) ou par coloration avec une solution acide de p-anisaldéhyde (ii). ( d ) CCM des fractions n ° 2 à 4 des mélanges modifiés. La CCM a été développée avec du 1,2-dichloroéthane/acétate d'éthyle (19:6) puis visualisée par lumière UV à 254 nm (i) ou par coloration avec une solution acide de p-anisaldéhyde (ii). Les lignes pointillées en (c) et (d) indiquent le front de solvant.

Au lieu d'utiliser de la benzylamine, une ingénierie similaire de l'extrait CZ1 a été réalisée en présence du 1-aminopyrène fluorescent pour fournir l'adduit Ugi 7 attendu, où le groupe benzyle de 6 a été remplacé par le motif 1-pyrényle (Fig. 4a). Lors d'une excitation à 342 nm, le produit 7 présentait une fluorescence, où la longueur d'onde d'émission maximale (\({\uplambda}_{max}^{em}\)) dans le DMSO était significativement décalée vers le bleu par rapport à celle du 1-aminopyrène (\({\uplambda}_{max}^{em}\) = 441 nm) (Fig. 4b)29,30. Ce décalage vers le bleu de \({\uplambda}_{max}^{em}\) associé à la formation de 1-pyrénylamide a permis une identification facile de l'adduit Ugi 7 à partir du mélange réactionnel brut par irradiation avec une lampe UV pratique (365 nm), bien que l'intensité de fluorescence de 7 soit inférieure à celle du 1-aminopyrène. Cet exemple d'ingénierie a montré que la stratégie d'isolement guidé par fluorescence31 peut faciliter l'identification de produits végétaux qui auraient autrement été manqués, et que le simple remplacement de l'amine et de l'isocyanure fournirait un accès rapide à une série d'analogues.

( a ) Structure de 7. ( b ) Spectres de fluorescence du 1-aminopyrène et 7 (1 μM) dans du DMSO avec excitation à 342 nm.

Une autre ingénierie a été réalisée en utilisant des acides gras d'huile de ricin (CO-FA), préparés à partir de l'huile de graines de Ricinus communis, comme composant acide carboxylique de l'Ugi-4CR. Par rapport aux autres huiles végétales, l'huile de ricin possède une teneur élevée en acide ricinoléique et est donc très soluble dans les alcools. Ces propriétés uniques du CO-FA nous ont incités à l'utiliser dans le processus d'ingénierie à base d'Ugi-4CR. La teneur en acide du CO-FA a été déduite de l'indice de neutralisation donné (183,6 mg KOH g-1), et un mélange stoechiométrique (0,5 mmol) de CO-FA, de (±)-citronellal, de benzylamine et d'isocyanure de cyclohexyle a été soumis aux conditions Ugi-4CR. L'ingénierie s'est déroulée sans heurts et les deux étapes suivantes de séparation et de purification du mélange d'ingénierie par chromatographie sur colonne de gel de silice et CCM préparative ont révélé quatre types différents d'adduits Ugi 8a–8d, qui se sont avérés dérivés de (R)-acide ricinoléique, acide dimère (R)-ricinoléique32, acide oléique et acide linoléique dans CO-FA, respectivement (tableau 2)33. Le mélange a également donné l'adduit Ugi 9, qui était probablement dérivé de l'acide (R)-ricinoléique et du benzaldéhyde dans le CO-FA. Dans l'ensemble, l'ingénierie CO-FA utilisant l'Ugi-4CR a permis d'obtenir cinq nouveaux adduits Ugi en une seule opération de synthèse. Tous les adduits Ugi ont été facilement isolés en fonction de leurs propriétés d'absorption des UV et structurellement bien caractérisés par un ensemble d'analyses RMN. Le rapport de production (% en poids) des adduits Ugi 8a, 9, 8c et 8d correspondait approximativement à la teneur rapportée en acide (R)-ricinoléique, acide oléique et acide linoléique dans le CO-FA, respectivement (tableau 2)33. Ces résultats indiquent que la présente méthode d'ingénierie pourrait être utilisée pour déterminer la composition des acides dans les échantillons de CO-FA.

Notre objectif de synthèse d'hybrides de produits végétaux a finalement été atteint par l'Ugi-4CR en utilisant un mélange d'extrait méthanolique de C. zedoaria (CZ1) et d'acides gras d'huile de ricin (CO-FA) comme substrats en présence de benzylamine et d'isocyanure de cyclohexyle (Fig. 5). Un mélange stoechiométrique des quatre composants du substrat dans du méthanol a été agité à température ambiante pendant 7 jours pour donner le mélange modifié. La séparation et la purification du mélange modifié ont identifié le nouvel adduit Ugi 10 (53,8 mg, 57 %) comme un mélange 1:1 de diastéréoisomères, qui a été attribué à une molécule de type hybride de curcuménone (6) dans CZ1 et d'acide ricinoléique dans CO-FA. L'analyse RMN 13C de 10 a confirmé l'hybridation de la curucuménone dans CZ1 et de l'acide ricinoléique dans le CO-FA ainsi que l'incorporation de benzylamine et d'isocyanure de cyclohexyle (Fig. 6) : le signal de la carbonyl cétone de la curcuménone (210 ppm) a disparu, et en conséquence, un pic pour le carbone tétra-substitué nouvellement construit de 10 a été observé à 65 ppm. De plus, les carbones acide et isonitrile ont été transformés en carbones amide carbonyle avec des pics à environ 175 ppm. Les signaux des autres motifs structuraux de quatre composants de substrat ont été complètement conservés dans le produit de type hybride 10. De plus, une séparation et une purification supplémentaires des taches nouvellement apparues (composés) ont conduit à l'isolement de deux adduits Ugi de type produit végétal 5 (1,26 mg, 2,0%) et 9 (12,3 mg), et trois adduits Ugi hybrides 11 (2,97 mg, 2,3%), 12 et 13 (0,73 mg, 0,8%) (Fig. 7). Notamment, l'analyse TLC a montré que la plupart des composants de l'extrait CZ1 restaient inchangés dans les conditions d'ingénierie actuelles (Fig. 7a, b et Fig. S7 supplémentaire). Une chimiosélectivité élevée a assuré une détection et une purification faciles des produits, même à partir de mélanges complexes. En revanche, aucun produit n'a été détecté en agitant simplement un mélange de CZ1 et de CO-FA dans du méthanol à température ambiante pendant 7 jours (Figs supplémentaires S8d, d ', S9d, d '). Cette expérience de contrôle a confirmé que les produits isolés ici ne provenaient pas des extraits eux-mêmes, mais étaient incontestablement synthétisés par le présent processus d'ingénierie basé sur Ugi-4CR. L'efficacité de conversion basée sur la teneur en curcuménone dans l'extrait CZ1 a été déterminée comme étant de 62 %, ce qui était comparable à l'efficacité de conversion de l'extrait CZ1 (58 %, tableau 1). Cette efficacité de conversion incroyablement élevée a démontré la robustesse de la stratégie d'ingénierie proposée basée sur l'Ugi-4CR. Une analyse plus détaillée couplée à une chromatographie liquide à haute résolution des extraits modifiés peut identifier des produits inexplorés, y compris ceux dérivés de composants mineurs des extraits de plantes. À notre connaissance, il s'agit du premier rapport sur la synthèse simultanée d'hybrides de produits naturels par génie chimique d'extraits de produits naturels.

Synthétique de 10 par l'Ugi-4CR à l'aide d'un mélange de CZ1 et de CO-FA en présence de benzylamine et de cyclohexyl isocyanure. Les inserts montrent la teneur en carbonyle de l'extrait CZ1 et le nombre de neutralisation de CO-FA.

Spectres RMN 13C (151 MHz) de (a) curcuménone, (b) benzylamine, (c) acide ricinoléique, (d) isocyanure de cyclohexyle et (e) hybride Ugi adduit 10 dans CDCl3. Les unités de déplacement chimique (δ) sont des ppm par rapport au chloroforme résiduel (77,16 ppm) comme étalon interne.

( a ) CCM de l'extrait de départ fractionné de C. zedoaria (CZ1). (b) CCM du mélange d'ingénierie fractionné. Les deux CCM ont été développées avec CHCl3/acétate d'éthyle (19:6) puis visualisées par coloration avec une solution acide de p-anisaldéhyde. La ligne pointillée supérieure indique le front de solvant. ( c ) Structures des adduits Ugi hybrides 11–13.

Les adduits Ugi préparés ont un motif diamide et ont donc été soumis à un test d'inhibition de la protéase. Les inhibiteurs de protéase ont reçu une attention croissante pour leur potentiel thérapeutique contre les infections virales respiratoires, y compris le coronavirus 2 du syndrome respiratoire aigu sévère (SARS-CoV-2)34,35. L'activité inhibitrice des adduits Ugi a été déterminée en présence de 6 nM d'α-chymotrypsine et 100 μM de succinyl-Ala-Ala-Pro-Phe-p-nitroanilide36. Parmi ceux testés, les adduits Ugi 7, 8a, 8b, 9 et 10 présentaient plus de 50% d'activité inhibitrice à une concentration de 10 μM, et les CI50 correspondantes étaient déterminées comme étant de 3, 1 à 13, 4 μM (tableau 3), ce qui était considérablement plus élevé (plus faible) que celui de l'inhibiteur de référence, la chymostatine A – C (18, 5 ± 1, 1 nM). En revanche, toutes les matières premières, telles que la citronellal, la curcuménone et l'acide ricinoléique, étaient inactives contre l'inhibition de l'α-chymotrypsine (tableau supplémentaire S1). Ainsi, la méthode d'ingénierie proposée, bien que préliminaire, peut être utilisée pour créer de nouveaux candidats pour les inhibiteurs de l'α-chymotrypsine. Une optimisation structurelle supplémentaire, telle que l'élimination du groupe benzyle sur l'azote de l'amide, la construction d'un motif dipeptidique et l'installation d'un résidu d'acide aminé aromatique à l'extrémité C-terminale des dipeptides améliorera les activités inhibitrices des adduits Ugi et sera signalé en temps voulu. Les poids moléculaires des molécules ressemblant à des produits végétaux synthétisés étaient compris entre 492,70 et 1011,57 g mol-1, ce qui correspond à la catégorie au-delà de la règle de cinq (bRo5)38, ou molécules intermédiaires. Par conséquent, la présente méthode d'hybridation chimique pourrait être utilisée pour construire une petite bibliothèque de molécules intermédiaires imitant des produits naturels, ce qui est utile pour la découverte de modulateurs peptidiques des interactions protéine-protéine39. Les évaluations biologiques en cours des molécules actuelles dévoileront leur potentiel pharmaceutique spécifique.

En conclusion, cette étude a abouti à la conception et à la synthèse de 13 adduits Ugi de type produit naturel par l'ingénierie racémique d'extraits de plantes à base d'Ugi-4CR. En particulier, la conception d'un mélange d'extrait de méthanol de C. zedoaria et d'acides gras d'huile de ricin a démontré avec succès une nouvelle voie de synthèse vers une série d'hybrides de produits naturels 10–13, par laquelle des molécules naturelles d'origines différentes, autrement inconnues, ont été chimiquement hybridées dans des milieux complexes. L'Ugi-4CR, économe en étapes et en atomes, réalisé dans des conditions de réaction douces, a permis d'obtenir une ingénierie hautement chimiosélective, reproductible et efficace d'extraits de plantes, quelle que soit leur composition chimique. La manipulation hautement chimiosélective d'extraits de plantes a permis l'identification facile des produits à partir de mélanges complexes par analyse TLC de base, et ainsi leur isolement rapide par une combinaison de chromatographie sur colonne de gel de silice conventionnelle et de CCM préparative, et la caractérisation solide de leurs structures chimiques par un ensemble d'analyses spectrales. Étant donné que l'hybridation chimique proposée pouvait être réalisée sans isoler les composants de couplage individuels des extraits, les produits chimiques inexplorés, mineurs et instables enfouis dans les plantes ont été directement employés pour synthétiser des molécules non naturelles, et en même temps la présence de ces molécules non identifiées dans les plantes a été dévoilé. En principe, l'utilisation d'extraits contenant des amines primaires et des isocyanures40 naturels, bien que rares24,25, fournirait des molécules à triple et quadruple hybridation imitant les produits naturels. Dans l'ensemble, l'Ugi-4CR, non exploitable par les plantes, a été efficacement utilisé pour développer un espace chimique inexploré. La synthèse actuelle d'hybrides de produits naturels dans des milieux complexes présente plusieurs avantages par rapport aux méthodes de synthèse par étapes traditionnelles et ouvre ainsi de nouvelles voies dans les études de la chimie des produits naturels, de la chimie synthétique et de la chimie médicinale.

La chromatographie analytique sur couche mince (CCM) a été réalisée en utilisant du gel de silice TLC 60 F254 (Merck) et visualisée par lumière UV à 254 et 345 nm et colorée avec une solution acide de p-anisaldéhyde (H2SO4 concentré dans EtOH). La chromatographie sur colonne de gel de silice a été réalisée en utilisant du gel de silice 60 (sphérique) 40–50 μm (Kanto). La CCM préparative a été réalisée en utilisant du gel de silice PTC 60 F254, 0,5 mm (Merck). Les spectres RMN ont été enregistrés à température ambiante sur des appareils JEOL ECA 600 ou ECS 400 avec le tétraméthylsilane (TMS) comme standard interne. Les données RMN 1H sont présentées comme suit. Déplacement chimique (δ en ppm), multiplicité, intégration et constante de couplage J (en Hz et arrondie à 0,1 Hz). Les modèles de fractionnement sont abrégés comme suit : singulet (s), doublet (d), triplet (t), quintette (quint), multiplet (m) et large (br), ou une combinaison de ceux-ci. Les données RMN 13C sont rapportées en terme de déplacement chimique (δ en ppm et arrondi à 0,1 Hz). Les spectres IR ont été enregistrés à l'aide d'un JASCO FT/IR 4700 avec une substance sous forme de film pur sur une plaque de KBr ou une pastille dans un mélange avec du KBr, et décrits sous forme de nombres d'onde (cm-1). Les spectres TOFMS ont été obtenus à partir d'un spectromètre Bruker Daltonics micrOTOF-KSIfocus. La rotation optique a été mesurée avec un polarimètre Anton Paar MCP300 dans une cellule de 2 ml de 100 mm de long à 589 nm à 26 ° C. Les spectres de fluorescence ont été mesurés sur un spectrofluromètre JASCO FP-8500 équipé d'une cuvette en quartz d'une longueur de trajet de 10 mm à 25 °C. Avec une excitation à 342 nm, les spectres d'émission ont été enregistrés de 350 à 600 nm. Trois spectres ont été accumulés et moyennés, les spectres à blanc ont été soustraits. L'absorbance a été mesurée avec un spectromètre JASCO V-660 à 25°C. Le diméthylsulfoxyde (DMSO) pour la spectrophotométrie a été acheté auprès de TCI et utilisé tel que reçu. L'eau Milli-Q a été utilisée partout. D'autres réactifs ont été achetés auprès de TCI, Nacalai, Fujifilm Wako, Sigma-Aldrich et Kanto, et utilisés tels que reçus.

Le péricarpe de Zanthoxylum piperitum (Lot n° 004819001) et la poudre de rhizome séché de Crucuma phaeocaulis (Lot n° 048920003) ont été achetés chez Tochimoto Tenkaido (Japon). La poudre de rhizome séchée de Curcuma zedoaria (Lot n° IW29207, K9Q9207) a été achetée chez Uchida Wakanyaku (Japon). Les poudres de rhizomes séchés de C. zedoaria (Lot n° GG12201) et de Curcuma longa ont été gracieusement offertes par Keimeido (Japon). Les acides gras d'huile de ricin (lot n° 1908071) ont été gracieusement offerts par Itoh Oil Chemicals (Japon). L'identification formelle des matières végétales utilisées dans cette étude a été réalisée par leurs fournisseurs. Leurs spécimens de référence n'ont pas été déposés dans un herbier public. D'autres informations sur les matières végétales sont disponibles sur demande auprès de l'auteur correspondant. Toutes les expériences en usine étaient conformes aux directives et à la législation institutionnelles, nationales et internationales pertinentes.

La teneur en carbonyle des extraits de plantes a été déterminée selon la procédure précédente26 avec une légère modification. Pour la solution de dinitrophénylhydrazine (DNPH), 0,2 g de DNPH solide a été dissous dans du méthanol/H2O/HCl concentré (25:23:2, 100 mL) juste avant utilisation. Pour la solution de KOH, 5 g de KOH ont été dissous dans du méthanol/H2O (4:1, 50 ml) et la solution a été stockée à 4°C. À une solution d'extrait de plante (2 mg mL-1, 25 μL) dans du méthanol (250 μL), la solution de DNPH (225 μL) a été ajoutée et le mélange résultant a été incubé à 50 °C pendant 50 min. Ensuite, une solution de KOH (750 μL) a été ajoutée et le mélange résultant a été laissé à température ambiante pendant 10 min. Ensuite, l'absorbance a été mesurée contre 480 nm. La teneur en carbonyle des extraits de plantes a été décrite en mg d'équivalent menthone/mg d'extrait.

A une solution d'aldéhyde ou de cétone (0,5 mmol, 1,0 éq.) dans du méthanol (0,5 M), une amine (0,5 mmol, 1,0 éq.) a été ajoutée à température ambiante et le mélange résultant a été agité à température ambiante pendant 1 h. Ensuite, de l'acide carboxylique (0,5 mmol, 1,0 éq.) a été ajouté et la solution résultante a été refroidie à 0°C. Ensuite, de l'isocyanure (0,5 mmol, 1,0 éq.) a été ajouté à 0 °C et le mélange réactionnel a été agité à 0 °C pendant 1 h, puis à température ambiante pendant 7 jours. Après que la solution résultante a été concentrée sous vide, le mélange brut a été purifié par Chromatographie sur colonne de gel de silice.

L'α-chymotrypsine pancréatique bovine a été achetée chez Sigma-Aldrich (C4129) et utilisée telle que reçue. Les solutions enzymatiques ont été conservées sur de la glace pendant les expériences. La masse moléculaire de l'α-chymotrypsine a été prise à 25 kDa. Le N-succinyl-l-alanine-l-alanine-l-proline-l-phénylalanine-p-nitroanilide (SAAPFpNA) a été acheté chez Sigma-Aldrich (S7388), préparé sous forme de solution mère 10 mM dans du DMSO et stocké à - 30 ° C. Une chymostatine microbienne, un mélange de chymostatine A–C, a été achetée auprès du Peptide Institute (4063) et utilisée comme contrôle positif. Le DMSO pour la recherche biochimique a été acheté à Nacalai et utilisé tel quel. D'autres réactifs ont été achetés auprès de Nacalai et utilisés tels que reçus. Les courbes concentration-réponse ont été tracées et les valeurs IC50 ont été calculées par le logiciel GraphPad Prism 8 en utilisant une analyse sigmoïdale de la courbe concentration-réponse avec une pente variable. L'absorbance a été mesurée avec un spectromètre JASCO V-660 à 25°C. Selon la procédure rapportée36, le test a été réalisé dans un tampon Tris-HCl (80 mM, pH 7,8) contenant de l'α-chymotrypsine (6 nM, concentration finale) et du CaCl2 (10 mM, concentration finale). Après 30 min d'incubation avec le composé à tester à 25 °C, la réaction enzymatique a été initiée en ajoutant SAAPFpNA (100 μM, concentration finale) pour donner un volume final de 700 μL. La progression de la réaction a été suivie par absorbance à 410 nm à 25°C pendant 5 min. La concentration finale de DMSO était de 3 % (v/v).

Des figures et tableaux supplémentaires tels que mentionnés dans le texte, des détails synthétiques et des spectres RMN sont disponibles dans le fichier d'informations supplémentaires. D'autres informations nécessaires sont disponibles sur demande auprès de l'auteur correspondant.

Macel, M., Van Dam, NM & Keurentjes, JJB Métabolomique : La chimie entre l'écologie et la génétique. Mol. Écol. Resour. 10, 583–593 (2010).

Article CAS Google Scholar

Firn, RD & Jones, CG Produit naturel—Un modèle simple pour expliquer la diversité chimique. Nat. Prod. Rep. 20, 382–391 (2003).

Article CAS Google Scholar

Pichersky, E. & Gang, DR Génétique et biochimie des métabolites secondaires chez les plantes : une perspective évolutive. Tendances Plant Sci. 5, 439–445 (2000).

Article CAS Google Scholar

Rodrigues, T., Reker, D., Schneider, P. & Schneider, G. Compter sur les produits naturels pour la conception de médicaments. Nat. Chim. 8, 531-541 (2016).

Article CAS Google Scholar

Li, G. & Lou, H.-X. Stratégies de diversification des produits naturels pour la découverte de médicaments. Méd. Rés. Rev.38, 1255-1294 (2018).

Article Google Scholar

Newman, DJ & Cragg, GM Produits naturels comme sources de nouveaux médicaments au cours des près de quatre décennies de 01/1981 à 09/2019. J. Nat. Prod. 83, 770–803 (2020).

Article CAS Google Scholar

Hüter, OF Utilisation de produits naturels dans l'industrie phytosanitaire. Phytochem. Rév. 10, 185–194 (2011).

Article Google Scholar

Lautié, E., Russo, O., Ducrot, P. & Boutin, JA Démêler la diversité chimique naturelle des plantes à des fins de découverte de médicaments. Devant. Pharmacol. 11, 397 (2020).

Article Google Scholar

Calgaro-Kozina, A. et al. Ingénierie des voies de synthèse des plantes pour la biosynthèse de nouveaux antifongiques. ACS Cent. Sci. 6, 1394-1400 (2020).

Article CAS Google Scholar

Reed, J. et al. Une plate-forme de biologie synthétique translationnelle pour un accès rapide à des quantités à l'échelle du gramme de nouvelles molécules de type médicament. Métab. Ing. 42, 185-193 (2017).

Article CAS Google Scholar

Ramallo, IA, Salazar, MO, Mendez, L. & Furlan, RLE Extraits d'ingénierie chimique : source de composés bioactifs. Acc. Chim. Rés. 44, 241-250 (2011).

Article CAS Google Scholar

Kikuchi, H. et al. Construction d'une bibliothèque de composés de type méroterpénoïde basée sur des extraits à diversité améliorée. Chim. EUR. J. 25, 1106-1112 (2019).

CAS PubMed Google Scholar

Zhang, J.-L. et coll. Constituants antinéoplasiques issus de l'extrait chimique diversifié de Radix puerariae. Chim. Biodivers. 16, e1800408. https://doi.org/10.1002/cbdv.201800408 (2019).

Article CAS PubMed Google Scholar

Ramallo, IA, Salazar, MO, García, P. & Furlan, RLE Diversification chimique des extraits de produits naturels. Dans Studies in Natural Products Chemistry (éd. Atta-ur-Rahman) 371–398 (Elsevier BV, 2018) (références qui y sont citées).

Kikuchi, H., Sakurai, K. & Oshima, Y. Développement d'extraits de Curcuma zedoaria à diversité améliorée et de leurs nouveaux composés de type sesquiterpène. Org. Lett. 16, 1916-1919 (2014).

Article CAS Google Scholar

Solís, CM et al. Un inhibiteur de la tyrosinase à partir d'un extrait chimiquement modifié enrichi en azote. ACS Comb. Sci. 21, 622–627 (2019) (références qui y sont citées).

Article Google Scholar

Ugi, I. L'addition α d'ions et d'anions immonium aux isonitriles accompagnée de réactions secondaires. Angew. Chim. Int. Éd. 1, 8–21 (1962).

Article Google Scholar

Dömling, A. & Ugi, I. Réactions à plusieurs composants avec des isocyanures. Angew. Chim. Int. Éd. 39, 3168–3210 (2000).

3.0.CO;2-U" data-track-action="article reference" href="https://doi.org/10.1002%2F1521-3773%2820000915%2939%3A18%3C3168%3A%3AAID-ANIE3168%3E3.0.CO%3B2-U" aria-label="Article reference 18" data-doi="10.1002/1521-3773(20000915)39:183.0.CO;2-U">Annonces d'article Google Scholar

Marcaccini, S. & Torroba, T. L'utilisation de la condensation à quatre composants Ugi. Nat. Protocole 2, 632–639 (2007).

Article CAS Google Scholar

Tomohara, K. et al. Dérivation chimique directe d'extrait de plante naturelle : synthèse simple d'hydantoïne naturelle de type végétal. Tétraèdre Lett. 57, 924–927 (2016).

Article CAS Google Scholar

Tomohara, K. et al. Production multiple de dérivés d'acides aminés α, α-disubstitués par dérivation chimique directe d'extraits naturels de plantes : une voie apparemment difficile mais réussie. Tétraèdre Lett. 58, 3143–3147 (2017).

Article CAS Google Scholar

Righi, D. et al. Chimio-diversification d'extraits végétaux à l'aide d'une réaction de bromation générique et suivi par profilage métabolite. ACS Comb. Sci. 21, 171-182 (2019).

Article CAS Google Scholar

Kawamura, T. et al. Génération d'une librairie 'Unnatural Natural Product' et identification d'une petite molécule inhibitrice de XIAP. Bioorg. Méd. Chim. 19, 4377–4385 (2011).

Article CAS Google Scholar

Ertl, P. & Schuhmann, T. Une analyse chimioinformatique systématique des groupes fonctionnels présents dans les produits naturels. J. Nat. Prod. 82, 1258-1263 (2019).

Article CAS Google Scholar

Lopez, SN et al. Extraits chimiquement modifiés comme source alternative de composés bioactifs de type produit naturel. Proc. Natl. Acad. Sci. États-Unis 104, 441–444 (2007).

Annonces d'article Google Scholar

Dasgupta, PK, Zhang, G., Schulze, S. et Marx, JN Mesure des composés carbonylés en tant qu'anion 2,4-dinitrophénylhydrazonate. Mécanisme de réaction et système de mesure automatisé. Anal. Chim. 66, 1965-1970 (1994).

Article CAS Google Scholar

Sakai, T., Yoshihara, K. & Hirose, Y. Constituants de l'huile de fruit du poivre japonais. Taureau. Chim. Soc. Jpn. 41, 1945–1950 (1968).

Article CAS Google Scholar

Shiobara, Y. et al. Curcuménone, curcumanolide A et curcumanolide B, trois sesquiterpénoïdes de Curcuma zedoaria. Phytochimie 24, 2629-2633 (1985).

Article CAS Google Scholar

Matsumoto, H., Nishimura, Y. & Arai, T. Formation d'excimères agrégés par liaison hydrogène dans un dérivé pyrène-urée. Taureau. Chim. Soc. Jpn. 88, 1100-1104 (2015).

Article CAS Google Scholar

Gupta, AK, Dhir, A. & Pradeep, CP Un chimiodosimètre à fluorescence « activé » pour la détection sélective des ions Nb5+ dans des milieux aqueux mixtes. Dalton Trans. 42, 12819–12823 (2013).

Article CAS Google Scholar

Jeon, H., Lim, C., Lee, JM et Kim, S. Isolement de produits naturels guidé par dosage chimique via une sonde fluorescente chimiodosimétrique à support solide. Chim. Sci. 6, 2806–2811 (2015).

Article CAS Google Scholar

Achaya, KT Dérivés chimiques de l'huile de ricin. Confiture. Chimie de l'huile. Soc. 48, 758–763 (1971).

Article CAS Google Scholar

Geethanjali, G., Padmaja, KV & Prasad, RBN Synthèse, caractérisation et évaluation de dérivés acylés à base d'huile de ricin en tant qu'huiles de base lubrifiantes potentielles. Ing. ind. Chim. Rés. 55, 9109–9117 (2016).

Article CAS Google Scholar

Ullrich, S. & Nitsche, C. La protéase principale du SRAS-CoV-2 comme cible médicamenteuse. Bioorg. Méd. Chim. Lett. Rév.30, 127377 (2020).

Article CAS Google Scholar

Agbowuro, AA, Huston, WM, Gamble, AB & Tyndall, JDA Protéases et inhibiteurs de protéase dans les maladies infectieuses. Méd. Rés. Rev.38, 1295-1331 (2018).

Article CAS Google Scholar

Delmar, EG, Largman, C., Brodrick, JW & Geokas, MC Un nouveau substrat sensible pour la chymotrypsine. Anal. Biochimie. 99, 316–320 (1979).

Article CAS Google Scholar

Shimohigashi, Y. et al. Conformation inhibitrice de la chymotrypsine induite par l'interaction CH/π intramoléculaire chaîne latérale-chaîne latérale des acides aminés. J. Chem. Soc. Perkin Trans. 1, 2479-2485 (1996).

Article Google Scholar

Doak, BC, Zheng, J., Dobritzsch, D. & Kihlberg, J. Comment au-delà de la règle de 5, les médicaments et les candidats cliniques se lient à leurs cibles. J. Med. Chim. 59, 2312-2327 (2016).

Article CAS Google Scholar

Cunningham, AD, Qvit, N. & Mochly-Rosen, D. Peptides et peptidomimétiques en tant que régulateurs des interactions protéine-protéine. Courant. Avis. Structure. Biol. 44, 59–66 (2017).

Article CAS Google Scholar

Emsermann, J., Kauhl, U. & Opatz, T. Isonitriles marins et leurs composés apparentés. Mar. Drogues 14, 16 (2016).

Article Google Scholar

Télécharger les références

Cette recherche a été soutenue par JSPS KAKENHI Grant Number JP21K05290, Kanamori Foundation et TOBE MAKI Scholarship Foundation to KT

Faculté des arts et des sciences, Université de Kyushu, 744 Motooka, Nishi-ku, Fukuoka, 819-0395, Japon

Keisuke Tomohara, Tatsuya Uchida et Takeru Nose

École supérieure des sciences, Université de Kyushu, 744 Motooka, Nishi-ku, Fukuoka, 819-0395, Japon

Nao Ohashi, Tatsuya Uchida et Takeru Nose

Institut international de recherche sur l'énergie neutre en carbone, Université de Kyushu, 744 Motooka, Nishi-ku, Fukuoka, 819-0395, Japon

Tatsuya Uchida

Vous pouvez également rechercher cet auteur dans PubMed Google Scholar

Vous pouvez également rechercher cet auteur dans PubMed Google Scholar

Vous pouvez également rechercher cet auteur dans PubMed Google Scholar

Vous pouvez également rechercher cet auteur dans PubMed Google Scholar

KT a conçu cette recherche et TN a supervisé le projet. KT et NO ont réalisé les expériences et analysé les données expérimentales avec les contributions de TU et TN

Correspondance à Keisuke Tomohara.

Les auteurs ne déclarent aucun intérêt concurrent.

Springer Nature reste neutre en ce qui concerne les revendications juridictionnelles dans les cartes publiées et les affiliations institutionnelles.

Libre accès Cet article est sous licence Creative Commons Attribution 4.0 International, qui autorise l'utilisation, le partage, l'adaptation, la distribution et la reproduction sur tout support ou format, à condition que vous accordiez le crédit approprié à l'auteur ou aux auteurs originaux et à la source, fournissez un lien vers la licence Creative Commons et indiquez si des modifications ont été apportées. Les images ou tout autre matériel de tiers dans cet article sont inclus dans la licence Creative Commons de l'article, sauf indication contraire dans une ligne de crédit au matériel. Si le matériel n'est pas inclus dans la licence Creative Commons de l'article et que votre utilisation prévue n'est pas autorisée par la réglementation légale ou dépasse l'utilisation autorisée, vous devrez obtenir l'autorisation directement du détenteur des droits d'auteur. Pour voir une copie de cette licence, visitez http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.

Réimpressions et autorisations

Tomohara, K., Ohashi, N., Uchida, T. et al. Synthèse d'hybrides de produits naturels par la réaction Ugi dans des milieux complexes contenant des extraits végétaux. Sci Rep 12, 15568 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-19579-6

Télécharger la citation

Reçu : 29 juillet 2022

Accepté : 31 août 2022

Publié: 16 septembre 2022

DOI : https://doi.org/10.1038/s41598-022-19579-6

Toute personne avec qui vous partagez le lien suivant pourra lire ce contenu :

Désolé, aucun lien partageable n'est actuellement disponible pour cet article.

Fourni par l'initiative de partage de contenu Springer Nature SharedIt

En soumettant un commentaire, vous acceptez de respecter nos conditions d'utilisation et nos directives communautaires. Si vous trouvez quelque chose d'abusif ou qui ne respecte pas nos conditions ou directives, veuillez le signaler comme inapproprié.