Les foldamères comme mimes de la seconde sphère de coordination des hydrogénases [Fe-Fe]

Foldamers as second coordination sphere mimics of [Fe-Fe] hydrogenase

• Auteur / Autrice : Antoine Meunier
• Direction : Ivan Huc, Yann Ferrand
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie organique
• Date : Soutenance le 07/12/2017
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences chimiques (Talence, Gironde ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Chimie et Biologie des Membranes et des Nanoobjets (Bordeaux ; 2007-....)
• Jury : Président / Présidente : Vincent Artero
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Ivan Huc, Yann Ferrand, Vincent Artero, Olivia Reinaud, Michael Singleton
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Olivia Reinaud

Mots clés

Mots clés contrôlés

Chimie biomimétique

Oligoamides

Foldamères

Hydrogénases

Mots clés libres

Hydrogénase

Foldamère

Cavité

Biomimétisme

Hydrogenase

Foldamer

Cavity

Biomimetism

Résumé

La possibilité de reproduire une activité enzymatique de manière artificielle est l’un des objectifs de la chimie moderne mais reste un grand défi, même dans le cas de l’activation de petites molécules. Dans le cas du dihydrogène, certaines bactéries s’en servent comme vecteur d’énergie par l’intermédiaire d’enzymes appelées hydrogénases qui peuvent former ou consommer le dihydrogène grâce à des complexes à base de métaux non nobles. Le dihydrogène pouvant être également utilisé comme vecteur d’énergie dans nos sociétés, les hydrogénases font l’objet de nombreuses recherches. Jusqu’à présent, la plupart des complexes modèles d’hydrogénases se sont employés à modifier la première sphère de coordination pour reproduire au mieux ses propriétés électroniques. Néanmoins, l’étude de mutations ciblées des hydrogénases indique que plusieurs résidus d’acides aminés présents dans le site actif sont indispensables à la stabilité du complexe et à son efficacité catalytique, montrant ainsi comment le mime d’une deuxième sphère de coordination pourrait améliorer les propriétés des catalyseurs artificiels. Notre approche a consisté en l’utilisation de foldamères de type oligoamide aromatique, formant un cône autour d’un complexe modèle d’hydrogénase. La synthèse convergente du composé final, son étude structurale à l’état solide (diffraction des rayons X), en solution (RMN, IR) ainsi que sa dynamique ont été étudiées. La modification de la première sphère de coordination du complexe modèle en présence du foldamère est également décrite et montrant notamment leur interaction.

The ability to replicate enzymatic activity with a synthetic molecule is a highly sought after goal in modern chemistry. However, it remains a big challenge even in case of activation of small molecules. In the case of hydrogen, some bacteria can use it as energy carrier by means of enzymes called hydrogenases that can reversely make or break the bond of hydrogen molecules and are made of earth abundant metals. As hydrogen could be used for the same purpose of energy storage in our society, hydrogenases caught interest of scientific community. To date, most biomimetic hydrogenase models mainly focus on first coordination sphere modifications to fine-tune structure and physical properties. However, point mutation studies indicate that several of the amino acid residues surrounding the enzyme active site are required for structural stability or high turnover frequencies. It shows how mimicking second coordination sphere could improve the capabilities of synthetic catalysts. Our approach used aromatic oligoamide foldamers as helical scaffolds around an inspired 2Fe2S4cluster. Convergent synthesis of the final molecule and structural studies in the solid state (x-ray) and in solution (NMR, IR) as well as the dynamic behaviour are reported. Modifications of the first coordination sphere of the model complex in presence of the foldamer are also described, showing interactions between them.