Baeyer-Villiger monooxygenases d'Acinetobacter : réactions biocatalysées et dédoublements cinétiques dynamiques

Baeyer-Villiger monooxygenases of Acinetobacter strains : biocatalyzed reactions and dynamic kinetic resolution

• Auteur / Autrice : Khalil Hamze
• Direction : Véronique Alphand
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences chimiques
• Date : Soutenance le 24/04/2014
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole èdoctorale Sciences Chimiques (Marseille ; 1996-....)
• Jury : Président / Présidente : Marius Réglier
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Véronique de Berardinis
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jamal Ouazzani, Laurence Hecquet

Mots clés

Mots clés contrôlés

Acinetobacter

Biocatalyse

Écologie chimique

Lactones

Monooxygénases

Mots clés libres

Baeyer-Villiger Monooxygénases

Oxydation de Baeyer-Villiger asymétrique

Dédoublement cinétique dynamique

Synthèse de lactones

Chimie verte

Biocatalyse

Acinetobacter

Baeyer-Villiger Monooxygenases

Asymmetric Baeyer-Villiger oxidation

Dynamic kinetic resolution

Lactones synthesis

Green chemistry

Biocatalysis

Acinetobacter

Résumé

L'oxydation de Baeyer-Villiger (BV) par voie enzymatique est une méthode efficace pour obtenir de lactones sous forme énantiomériquement pure. Les Baeyer-Villiger Monooxygénases (BVMO) sont ainsi capables d'oxyder de nombreux substrats avec une stéréospécificité remarquable.Nous avons recherché de nouvelles enzymes dans le génome de deux souches appartenant au genre Acinetobacter, A. baylyi ADP1 et A. baumannii AYE. Six gènes ont été clonés dans E. coli. Leur profil de substrat a été étudié en utilisant des cellules entières de ce microorganisme recombinant comme biocatalyseur. Quatre enzymes ont montré une spécificité de substrat similaire, avec une préférence pour les petites cétones cycliques et pour les substituants aryliques. Une de ces enzymes a permis le Dédoublement Cinétique Parallèle Régiodivergent d'une bicyclohepténone et la désymétrisation de cyclobutanones benzyliques avec, dans chaque cas, une énantiosélectivité intéressante car conduisant à des énantiomères rarement obtenus par réaction de BV enzymatique.Dans une seconde partie, des Dédoublements Cinétiques Dynamiques, associant réaction de BV enzymatique et racémisation in situ ont été réalisés avec des cellules entières d'E. coli produisant la Cyclohexanone Monooxygenase (CHMO) issue d'A. calcoaceticus. La racémisation de cyclohexanones α-substituées, habituellement difficilement racémisables, a été assurée par l'emploi de solutions tampons à base de sels de phosphate ou de glycine. Les -caprolactones correspondantes ont été isolées sous forme d'esters méthyliques hydroxylés quasi énantiopurs avec des rendements compris entre 70 et 80%.

Enzyme-mediated Baeyer-Villiger oxidation is nowadays largely recognized as an efficient method to obtain highly optically active lactones. An increasing number of Baeyer-Villiger Monooxygenases from various sources has been found to oxidize a large range of substrates with a good to excellent stereospecificity.Firstly, in order to enlarge the scope of these biotransformations, the genome of two strains of the Acinetobacter genus, A.baylyi ADP1 and A.baumannii AYE was explored. Six genes were expressed in E. coli and the substrate profile of each enzyme was studied using whole cell biotransformations. Four enzymes showed close substrate specificity with a preference for small cyclic ketones and for arylic substituents. Interestingly, one enzyme led to a Kinetic Parallel Regiodivergent Resolution of a bicycloheptenone and desymmetrisation of benzylic cyclobutanones in an enantiocomplementary manner when compared to the most of already known enzymes.The second part of this work describes the implementation of Dynamic Kinetic Resolution processes combining enzymatic BV oxidation and in situ racemization of α-substituted cyclohexanones to afford corresponding lactones in more than 50% yield. Cyclohexanone Monooxygenase (CHMO) from another Acinetobacter strain, A. calcoaceticus, was selected and the reactions were carried out with whole cells of producing CHMO E. coli strain. The racemization of α-substituted cyclohexanones, usually slowly racemized under basic conditions, was ensured by the use of containing phosphate salts or glycine buffer solutions. Several corresponding -caprolactones were isolated after methylation as enantiopure hydroxy methyl esters in 70-80% yield.