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Qu'est ce que la frontaline ?

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.

Molécule de frontaline

La frontaline est un composé bicyclique possèdant la fonctionnalité acétal.

Aspect biologique : mécanisme de la colonisation

• Attaque initiale
  Le mécanisme d'agrégation des insectes n'est pas parfaitement connu mais il semble que les essences volatiles émises par les arbres attirent quelques insectes pionniers femelles. Le constituant majoritaire de ces essences est un monoterpène : l'a-pinène. Les femelles secrètent alors un mélange de (-)-frontaline, de trans-verbénol et de verbénone qui provoque le rassemblement d'une grande quantité d'insectes mâles et femelles. Le trans-verbénol et la verbénone ont pour effet d'exalter le caractère attracteur de la frontaline.
  

• Attaque en masse
  Durant cette phase qui dure entre trois et cinq jours après l'attaque initiale, mâles et femelles se reproduisent tout en continuant à produire de la frontaline, du trans-verbénol et de la verbénone. A partir d'un certain seuil de concentration ces deux dernière substances jouent le rôle d'inhibiteurs de la frontaline ce qui a tendance à ralentir puis stopper le phénomène d'agrégation.

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 isoprénoides 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 détermninée par la possibilité de fermeture du système tricyclique. Elle est alors nécessairement R.

Synthèses de la frontaline racémique

• Synthèse de P.A Bartlett et J. Myerson [2] ; [3].
  

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.

• Utilisation d'un composé chiral comme substrat de départ

  M. C. Trinth, J-C Florent, C. Monneret [4] ; [5] partent d'un dérivé chiral du lactose comme substrat de départ.

  

  

  

  

• Utilisation d'un éther de silyle chiral comme groupe inducteur d'asymétrie
  M. Trzoss et S. Bienz [9] ont étudié les possibilités offertes par les éthers de silyle en tant que groupe protecteur et permettant l'induction asymétrique.

  La première étape est la préparation d'une a-siloxycétone chirale. (2).

  

  L'induction asymétrique sous l'influence du groupe (tert-butyl)(méthyl)(benzyloxyméthyl)silyle n'est pas très élevée. Cependant l'addition du réactif de Grignard G s'effectue de façon préférentielle sur la face prochirale la moins encombrée de l'a-siloxycétone (2). Les alcools 3 et 3' sont obtenus avec une diastéréosélectivité moyenne dans les proportions : 60/40. Le composé 3, qui possède la stéréochimie requise, est ensuite converti en (-)-frontaline F.

  

  

• Utilisation de la réaction de dihydroxylation asymétrique de Sharpless
  J. A. Turpin; L. O. Weige [6] ont utilisé la réaction de dihydroxylation énantiosélective de K. B. Sharpless. AD-mix a est un mélange du ligand 1,4-bis-dihydroquinine phtalazine (DHQ)₂PHAL, de ferricyanure de potassium, de carbonate de potassium et d'osmate de potassium. Avec ce réactif, le protocole expérimental est particulièrement simple.

  

  Cette méthode fournit la (-)-frontaline avec des excès énantiomériques compris entre 60 et 70 %.

Références bibliographiques

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