La frontaline : origine et synthèse
Gérard Dupuis & Nicole Berland
Lycée Faidherbe - LILLE



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Qu'est ce que la frontaline ?

La frontaline, isolée pour la première fois par G. Kinzer [1], joue un rôle important dans la communication chimique chez certains insectes. C'est une phéromone d'agrégation de population de certains coléoptères appartenant à la famille des scolitidae :

Dendroctonus adjunctus Blandford ; Dendroctonus brevicomis ; Dendroctonus frontalis Zimmermann ; Dendroctonus ponderosae Hopkins ; Dendroctonus pseudotsugae Hopkins ; Dendroctonus terebrans (Olivier).

Parmi ces insectes, le scarabée Dendroctonus frontalis Zimmermann encore appelé Southern Pine Beetle (SPB) est l'insecte le plus destructeur des forêts de pins dans le sud des USA.

Photo by USDA forest Service


L'image de gauche représente un scarabée adulte Dendroctonus frontalis Zimmermann. L'insecte possède une longueur comprise entre 2 et 4 mm de long et sa couleur varie d'un individu à l'autre de marron à noir.
L'insecte s'attaque aux pins en creusant des galeries dans l'écorce. L'écoulement de la résine qui résulte de l'attaque de plusieurs centaines d'individus, provoque rapidement la mort de l'arbre.

Molécule de frontaline

La molécule de frontaline contient deux atomes de carbone asymétriques. K. Mori [7], [8] a montré que la configuration absolue de l'énantiomère biologiquement actif est (1S, 5R).

Le (1S,5R)-diméthyl-1,5-dioxa-6,8-bicyclo[3,2,1]octane ou (-)-frontaline
possède deux atomes de carbone asymétriques :
C1 : (S) (O > C7 > C2 > CH3
C5 : (R) (O6 > O8 > C4 > CH3
Du fait de la rigidité du système bicyclique, il n'existe que deux stéréoisomères énantiomères.
La molécule représentée à gauche est la (-)-frontaline
.


Représentation : spacefill ball & stick sticks
wireframe

Zoom : in out

Fonction acétal : on off

Aspect biologique : mécanisme de la colonisation

a-Pinène

trans-Verbénol

Verbénone

endo-Brevicomine

Le schéma complet de la biosynthèse de la frontaline n'est pas connu actuellement. Une voie possible est la transformation de composé isoprénoïdes régulée par une enzyme HMG-CoA reductase (HMG-R).
L'intérêt porté depuis plusieurs années aux médiateurs chimiques que sont les phéromones et la difficulté à isoler ces composés à l'état naturel, ont poussé plusieurs équipes à en réaliser la synthèse. Les statégies développées ont d'abord porté sur la synthèse du racémique puis plus récemment sur la synthèse énantiosélective de la (-)-frontaline.

Analyse rétrosynthétique

La molécule contient une fonction acétal. Son ouverture définit le composé (T) comme précurseur. Ce dernier possède un groupe carbonyle, une fonction alcool primaire et une fonction alcool tertiaire.

Alors que la frontaline possède deux atomes de carbone asymétriques de configurations absolues 1S et 5R, son précurseur (T) n'en contient qu'un seul : l'atome C1 de configuration absolue S. La configuration absolue de l'atome de carbone C5 est déterminée par la possibilité de fermeture du système tricyclique. Elle est alors nécessairement R.

Synthèses de la frontaline racémique

L'étape clé est l'ouverture d'un époxyde catalysée par un acide avec participation d'un groupe carbonyle voisin.

Synthèses énantiosélectives de la (-)-frontaline

Plusieurs synthèses énantiosélectives de la (-)-frontaline ont été publiées. Nous en donnerons trois qui illustrent quelques méthodes classiques utilisées en synthèse asymétrique.

Remerciements

Les auteurs souhaitent remercier le Dr. L. Delaude (Université de Liège).

Références bibliographiques

[1] G. W. Kinzer; A. F. Fentiman T. F. Page; R. L. Foltz; J. P. Vite; G. B. Pitman Nature 1969, 221, 447.
[2] P. A. Bartlett et J. Myerson, J. Org Chem, 1979, 44, 1625.
[3] P. A. Bartlett et al, J. Chem Ed, 1984, 61, 816-817.
[4] M. C. Trinth, J-C Florent et C. Monneret, J. Chem. Soc. Chem. Comm. 1987, 615.
[5] M. C. Trinth, J-C Florent et C. Monneret ; Tetrahedron, 1988, 44, 6633.
[6] Sharpless asymmetric dihydroxylation : J. A. Turpin; L. O. Weige; Tetrahedron Lett. 1992, 33, 6563.
[7] K. Mori Total Synhesis of Natural products; Ap Simon, J. Ed., John Wiley & Son : New York 1992; Vol. 9 and Vol. 4.
[8] K. Mori Tetrahedron 1975, 31, 1381.

Liens

Synthèses
[9] Synthesis of frontalin using a Chiral Silyl Ether
[10] TP Université de Liège
[11] Frontalin Project Home Page

Biosynthèse
Biosynthesis of frontalin in the Jeffrey Pine Beetle
Biosynthesis of bark beetle aggregation pheromones
Enzymatic and microbial hydrolyse of epoxydes
Asymmetric hydrolysis of epoxydes

Aspects biologiques
Attractive and inhibitory pheromones produced in the bark beetle Dendroctonus Brevicomis
Chemical ecology of the Southern Pine Beetle
SPB Update. Utilisation de la verbenone
The Southern Pine Beetle




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Gérard Dupuis - Lycée Faidherbe LILLE
gdupuis-prof@faidherbe.org
décembre 2000