Synthèse de cofacteurs métalliques pour l'élaboration de nouvelles enzymes artificielles : catalyse d'oxydation en solution homogène et construction de systèmes modèles immobilisés à la surface d'électrodes d'or

• Auteur / Autrice : David Jung
• Direction : Claire Fave, Bernd Schöllhorn
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electrochimie moléculaire et biologique
• Date : Soutenance en 2013
• Etablissement(s) : Paris 7

Mots clés

Mots clés contrôlés

Catalyse

Enzymes

Avidine

Porphyrines

Biotine

Résumé

La thèse s'est déroulée dans le contexte d'un projet ANR sur l'élaboration d'enzymes artificielles capables d'activer le dioxygène dans des réactions d'oxydation de molécules organiques. L'idée originale repose sur l'immobilisation de ces biocatalyseurs en liant d'une manière covalente le site catalytique à la surface d'une électrode afin de régénérer le catalyseur via un transfert d'électron direct. La première partie de la thèse traite la formation d'une enzyme artificielle basée sur l'interaction avidine-biotine pour catalyser énantiosélectivement des réactions de sulfoxydation. Selon la stratégie du ''Cheval de Troie'' basée sur la forte affinité entre les cofacteurs biotinylés et l'avidine, deux cofacteurs à base de porphyrine de fer ont été obtenus. Une très forte activité catalytique a été enregistrée mais sans aucune induction asymétrique significative. Ce résultat peut s'expliquer par un mauvais positionnement des porphyrines dans la cavité protéique, induisant une perte totale de l'environnement chiral. Dans une seconde partie, des complexes de porphyrine et de tripicen de fer ont été synthétisés pour servir de systèmes modèles pour l'électrocâblage d'enzymes. Tous les complexes possèdent un groupe soufré permettant l'ancrage à la surface de l'électrode d'or via la formation de monocouches autoassemblées. Ces deux familles de complexes ont été caractérisées et une étude approfondie de l'autoassemblage des complexes trispicen de fer a été menée. En perspective les propriétés électrocatalytiques de ces électrodes modifiées seront explorées. Dans un deuxième temps ces systèmes modèles pourront être utilisés dans l'élaboration d'un enzyme hybride à la surface de l'électrode.

This PhD thesis is part of an ANR project concerning the elaboration of artificial enzymes being able to activate molecular dioxygen for the oxidation of organic molecules. The original idea was the immobilization of these biocatalysts by wirin covalently the catalytic site to an electrode surface in order to regenerate the catalyst via direct electron transfer. The first part of the thesis involves the formation of an artificial enzyme incorporating a metallo-porphyrin for the catalysis of sulfoxydation in the presence of hydrogenperoxide. Two biotinylated iron porphyrins were prepared and introduced into avidine according to the ''Trojan Horse'' strategy. The novel hybrid enzymes showed high catalytic activity but no significant asymmetric induction. The lack of any stereocontrol is probably due to the small recognition cavity of the avidine which cannot provide a confined chiral environment for the relatively big metal complex. In the second part of this work porphyrin and trispicen ligands as well as their corresponding iron complexes were synthesized to serve as model systems for the electrowiring of enzymes. All metal complexes contain a sulfur group allowing the anchoring on the surface of gold electrodes via the formation of self-assembled monolayers. In particular the self-assembly of the iron trispicen complexes was studied in detail. In prospect, the electrocatalytic properties of the modified electrodes will be explored. Furthermore these models can be used for the elaboration of a hybrid enzyme attached to the surface of the electrode.