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Synthèse d’alcools chiraux
La voie royale pour obtenir des composés chiraux purs est la synthèse directe de l’énantiomère (synthèse asymétrique) sans passer par l’intermédiaire d’un racémique et par l’élimination de l’une des deux formes. En 1904, Marckwald a donné une définition des synthèses asymétriques qui reste d’actualité : Les synthèses asymétriques sont celles qui à partir d’un corps de structure symétrique et en utilisant intermédiairement des substances optiquement actives sans faire intervenir aucun processus analytique conduisent à des produits optiquement actifs . Ainsi, la synthèse asymétrique consiste à préparer un produit sous forme d’un énantiomère en partant d’une matière première achirale.
Cette transformation nécessite l’aide d’un auxiliaire chiral qui est temporairement lié au substrat, à un réactif ou à un catalyseur. L’auxiliaire chiral, employé en quantité stœchiométrique par rapport au substrat, transforme directement le substrat achiral en l’énantiomère désiré .
La synthèse asymétrique catalytique est de plus en plus utilisée sur le plan académique lors de l’élaboration des molécules complexes. Elle rend aussi de réels services dans l’industrie pharmaceutique pour la préparation rapide d’échantillons des deux énantiomères nécessaires aux premiers essais biologiques .
Synthèse d’alcools optiquement purs par catalyse enzymatique
Depuis plusieurs années, une alternative a été trouvée par de nombreux groupes de recherche à travers l’utilisation d’enzymes dans la synthèse organique.
Elles constituent un groupe particulièrement important de catalyseurs chiraux. L’atout majeur de la catalyse enzymatique est son extrême sélectivité dans certains cas. En effet, quelques molécules sont de bons substrats pour certaines enzymes qui conduisent à une énantioselectivité élevée pouvant résoudre un mélange racémique. Les enzymes disponibles et les plus utilisées sont celles qui catalysent l’hydrolyse des esters et des amides (estérases, lipases, peptidases, acylases) et celles qui favorisent la réduction de cétones ou aldéhydes en alcools (hydrogénases). Dans certains cas, la réaction se déroule dans un incubateur, contenant un micro-organisme qui produit l’enzyme appropriée durant une fermentation . Les avantages de la catalyse enzymatique : Les méthodes de catalyse enzymatique ont des avantages par rapport aux méthodes chimiques, tels que : Asymétrie intrinsèque. Absence des réactions secondaires, telles que la condensation d’aldol. Fonctionnant dans des conditions essentiellement douces de réaction.
Les inconvénients de la catalyse enzymatique : La catalyse enzymatique se distingue des autres méthodes de catalyse par plusieurs avantages, mais cela n’empêche pas qu’elle présente des inconvénients à savoir : Synthèse couteuse au niveau industriel. Problèmes de solubilité des substrats. Rendements variables. Temps de réaction souvent longs (>24h).
Molécules d’alcools chiraux à effets biologiques
Sur le plan thérapeutique, étant donné que la majorité des médicaments mis sur le marché possèdent au moins un centre de chiralité, il n’est donc pas étonnant d’observer des effets différents des énantiomères d’un médicament administré sous forme d’un mélange d’énantiomères. De nombreux énantiomères présentent des propriétés pharmacocinétiques, pharmacodynamiques, une toxicité et une capacité de liaison liés à la stéréochimie. Pour cette raison, il faut considérer les énantiomères comme des substances distinctes .
L’exemple le plus dramatique est celui du thalidomide, qui a été synthétisé en 1954 par la firme pharmaceutique allemande Grünentha, et commercialisé comme sédatif antiémétiqueet hypnotique non barbiturique, en Europe en octobre 1957, sous forme d’un mélange racémique nommé Contergan R. Ce médicament a été administré aux femmes enceintes en raison de son action rapide et montrait une faible toxicité à haute dose dans les études pharmacologiques, réalisées chez le rat .
Après quelques années de commercialisation, en 1961, les épidémiologistes ont noté un effet tératogène sur le développement ftal créant une amélie ou une phocomélie induite par la capacité du médicament à inhiber l’angiogénèse, c’est-à-dire, à interférer avec le développement des vaisseaux sanguins du ftus . La molécule fût alors retirée du marché en 1965.
Des travaux ultérieurs ont permis de séparer les deux énantiomères de cette molécule et d’étudier leurs propriétés biologiques. Ces études ont montré que l’activité tératogène néfaste était essentiellement due à l’énantiomère (S) .
Structure des enzymes
Les enzymes sont des protéines globulaires qui sont elles-mêmes des enchaînements d’aminoacides. L’enchaînement linéaire des aminoacides définit la structure primaire et lui confére sa fonction. Cette cohérente des acides aminés, en s’accommodant et en s’enroulant sur elle même désigne une structure secondaire.
Les polypeptides n’adoptent pas tous uniquement ces structures un peu idéalisées, mais d’autres arrangements plus désordonnés peuvent apparaître tels que les plissements, l’enroulement et d’autres agrégations permettent d’obtenir une structure spatiale tertiaire et d’aménager une poche appelée « site actif » pour l’acte catalytique. Enfin, la structure quaternaire , dans laquelle deux chaînes ou plus, ayant chacune sa propre structure tertiaire, se combinent entre elles pour former un assemblage plus volumineux. Par conséquent l’enzyme se présente comme un objet de configuration tridimensionnelle.
Classification des enzymes
En 1961 , l’Union Internationale de la Biochimie (U.I.B) donne la classification suivante des enzymes, qui sont divisées en six groupes selon leurs activités catalytiques, ceci étant le caractère essentiel de toute enzyme sachant, qu’en général, qu’une enzyme ne peut catalyser qu’un seul type de réaction.
les lyases : Catalysent la cassure de liaisons covalentes, grâce à d’autres moyens que l’hydrolyse ou l’oxydation. Elles forment ainsi souvent des doubles liaisons ou des molécules cycliques. Il existe de nombreux types de lyases en fonction du type de liaison qu’elles catalysent et du substrat qu’elles ciblent et possèdent donc des rôles dans de nombreux processus cellulaires. L’une des plus connues est l’adénylate cyclase, l’enzyme qui forme l’AMP cyclique à partir d’ATP.
Les transférases : Ce sont des enzymes dont le rôle est de catalyser le transfert d’un groupe fonctionnel ou des radicaux (par exemple un groupe éthyle ou phosphate) d’une molécule (substrat donneur) à une autre (substrat accepteur).
Les isomérases : Catalysent généralement des réarrangements des groupements fonctionnels sur une même molécule. Il existe de nombreux types d’isomérases en fonction du type de réaction qu’elles catalysent (des racémases, des cis-trans isomérases, des lyases, des tranférases ou des oxydo-réductases intramoléculaires…).
les ligases : Il existe de nombreux types de ligases en fonction du type de liaison covalente qu’elles catalysent (liaison carbone-carbone, liaison carbone-azote, liaison carbone-soufre…). Elles utilisent généralement l’énergie d’une molécule d’ATP (ou GTP) pour catalyser la réaction. Les oxydo-réductases : Enzymes catalysant une réaction d’oxydoréduction. Cette famille d’enzymes est constituée de nombreuses déshydrogénases nécessitant une coenzyme, tels le NAD, le NADP, le FAD ou le FMN. Par exemple, la glycéraldéhyde-3- phosphate déshydrogénase et une lactate-déshydrogénase nécessitent le NAD.
Les hydrolases : Les hydrolases sont des protéines qui possèdent un site actif permettant la réaction enzymatique, et un site de reconnaissance des molécules cibles, assurant la spécificité de la réaction. Il existe de nombreux types d’hydrolases en fonction du type de liaison covalente qu’elles hydrolysent. Elles utilisent toutes une molécule d’eau pour leur réaction et portent généralement le nom du substrat par exemple : les estérases, les nucléases, les protéases,…
Table des matières
Introduction générale
I Etude bibliographique
1 l’Accès aux alcools
1.1 Introduction
1.2 Synthèse d’alcools chiraux
1.2.1 Synthèse d’alcools optiquement purs par voie chimique
1.2.2 Synthèse d’alcools optiquement purs par catalyse enzymatique
1.3 Molécules d’alcools chiraux à effets biologiques
1.4 Conclusion
2 Rappels bibliographiques sur les enzymes et la catalyse enzymatique
2.1 Introduction
2.2 Structure des enzymes
2.3 Mécanisme d’action des enzymes
2.4 Classification des enzymes
2.5 Les réductases
2.6 Application des réductases en synthèse organique
2.7 Exemples des molécules biologiquement actifs synthétisé par les réductases
2.8 Propriétés des déchets alimentaires
2.9 Conclusion
II Résultats et discussion
3 Réduction asymétrique des cétones avec des nouveaux biocatalyseurs
3.1 Introduction
3.2 Choix des cétones prochirales
3.3 synthèse des alcools racémiques
3.4 l’analyse des alcools racémiques par CPG chirale
3.5 Effet du solvant
3.6 Réduction de cétones avec la levure du boulanger dans l’eau et le glycérol
3.7 Choix des biocatalyseurs
3.8 Réduction de cétones avec les déchets alimentaires dans l’eau
3.9 Réduction de cétones avec les déchets alimentaires dans le glycérol
3.10 Réactivité et Stéréosélectivité
3.11 Conclusion
4 Réduction asymétrique des cétones en utilisant la méthode combinatoire
4.1 Introduction
4.2 Approche combinatoire
4.3 Sélection des micro-organismes
4.4 Préparation des souches
4.5 Évaluation des souches pour la réduction énantiosélective de cétones par criblage multi substrats par lot n°01
4.6 Réaction d’oxydo-réduction chez les souches R. buffoni et C. macerans
4.7 Réaction de racémique avec R. buffoni en fermenteur
4.8 Évaluation des souches pour la réduction énantiosélective de cétones par criblage multi substrats avec lot n°02
4.9 la réduction du Phényl-éthyl-cétone avec P. minuta et R. turuloides
4.10 Conclusion
III Étude de la réactivité par modélisation moléculaire(M.M.)des réactions enzymatiques
5 modélisation de la réactivité de la réduction enzymatique
5.1 Introduction
5.2 Méthodes de calculs théoriques
5.3 Résultats et discussion
5.4 conclusion
Conclusion générale et perspectives
partie expérimentale
Bibliographie
Annexe
