Nouveaux ligands biomimétiques dérivés de calix[6]arène : étude de la complexation du zinc et du cuivre et comparaison avec les systèmes naturels protéiques

New calix[6]arene-based biomimetic ligands : study on the formation of zinc and copper complexes and comparison with natural proteinic systems

• Auteur / Autrice : Olivier Sénèque
• Direction : Olivia Reinaud
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance en 2002
• Etablissement(s) : Paris 11

Mots clés

Mots clés contrôlés

Enzymes à cuivre

Enzymes à zinc

Complexes métalliques

Calixarènes

Chimie biomimétique

Résumé

Les metaux de transition sont des elements fondamentaux des systemes vivants. Ils ont notamment un role structurel et fonctionnel dans de nombreuses enzymes qui catalysent les transformations chimiques dans les organismes. Ces metallo-enzymes sont difficiles a etudier a cause de leur taille importante et de leur faible disponibilite. L'etude de modeles chimiques de plus petite taille peut permettre de comprendre leurs mecanismes et de developper de nouveaux outils pour le chimiste. Dans les enzymes, le centre metallique catalysant la reaction est souvent enfoui au coeur de la proteine. Un couloir d'acces hydrophobe permet l'acheminement du substrat vers le site actif. Nous avons developpe de nouvelles voies de fonctionnalisations selectives de calix[61arenes pour obtenir des ligands biomimetiques de type n3, n4 et n3aro afin de modeliser les enzymes mononucleaires a zinc et a cuivre. Ces ligands reproduisent la sphere de coordination du metal dans l'enzyme et lui associent une cavite hydrophobe pouvant jouer le role d'hote moleculaire pour un substrat. La complexation du zinc(ii), du cobalt(ii), du nickel(ii) et du cuivre(i) et (ii) a ete etudiee. Ces nouveaux ligands stabilisent des complexes mononucleaires dont certains sont d'excellents modeles structuraux de sites actifs d'enzymes. Ils se comportent comme des recepteurs de miolecules neutres, celles-ci etant complexees a l'interieur de la cavite de la cavite formee par le squelette du calixarene. Une selectivite, fonction de la taille, de la topologie et de la nature du substrat a ete mise en evidence. Nous avons montre que la stabilite et la reactivite de ces complexes est dictee par des interactions supramoleculaires. Similaires a celles rencontrees chez les enzymes. Ces etudes ont montre l'influence de la cavite hydrophobe du ligand sur la chimie de coordination du metal et de mettre en evidence les principales caracteristiques du calix[6]arene dans le role d'entonnoir moleculaire.

Transition metals are essential in biological systems. They have a structural or a functional role in many enzymes that catalyse the chemical process that take place in living organisms. These metallo-proteins are huge molecules with a low availability. These characteristics make them difficult to study. A good chemical model is thus a key to the understanding of the fundamental mechanisms of the chemistry involved in the catalytic cycles and the design of efficient and new tools for the synthetic chemist. In enzymes, the metal responsible for the catalysis is often buried deep inside the protein. A hydrophobic access channel allows the substrate to get into the active site. We have developed new methods for the selective functionalization of calix[61arene to afford a familly of new n3, n4 and n3aro biomimetic ligands. They mimic the coordination set found in active sites of many zinc or copper mononuclear enzymes and provide a hydrophobic cavity that can acts as a molecular host for the substrate. We have studied the complexation of zinc(ii), cobalt(ii). Nickel(ii) and copper(i) and (ii). These new ligands stabilise mononuclear complexes. Some of them being remarkable structural models of enzyme active sites. They behave as receptors for neutral molecules, that are included into the cavity provided by the calixarene skeleton. A selectivity that depend on the size, the nature and the shape of the guest was observed. We showed that the stability of these complexes was due to supramolecular interactions that remind those found in natural systems. We have showed how the hydrophobic cavity of the ligand could influence the coordination chemistry of the metal and we have highlighted the main characteristics of the calix[61arene used as a molecular funnel.