Réactivité vis-à-vis de l’oxygène des nouveaux modèles dinucléaires au cuivre : études électrochimiques et spectroscopiques

Dioxygen reactivity of new models of copper oxygenases : electrochemical and spectroscopic studies

• Auteur / Autrice : Federica Gennarini
• Direction : Nicolas Le Poul, Yves Le Mest
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie fine
• Date : Soutenance le 29/11/2017
• Etablissement(s) : Brest
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Matière, Molécules Matériaux et Géosciences (Le Mans)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Chimie, électrochimie moléculaires et chimie analytique (Brest, Finistère)
• Jury : Président / Présidente : Paul-Alain Jaffrès
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Nicolas Le Poul, Yves Le Mest, Paul-Alain Jaffrès, Anna Company, Christophe Bucher, Frédéric Banse
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Anna Company, Christophe Bucher

Mots clés

Mots clés contrôlés

Oxygénases

Enzymes à cuivre

Mots clés libres

.pMMO

Activation C-H

Espèces à valence mixte Cu2 II,III/O2

Cryo-UV-Vis-NIR spectroélectrochimie

Ligands symétrique et asymétrique

.pMMO

C-H activation

Mixed-valent Cu2II,III/O2 species

Cryo-UV-Vis-NIR spectroelectrochemistry

Symmetrical and unsymmetrical ligands

Résumé

La molécule de méthane possède la liaison C-H la plus forte parmi les hydrocarbures (BDE = 104 kcal mol-1) : son oxydation en conditions douces représente un challenge d'importance. La Méthane Monoxygénase particulaire (pMMO) est une enzyme à cuivre qui catalyse l'oxydation du méthane (CH4) en méthanol (CH3OH). Le site actif de l'enzyme est composé d'atomes de cuivre séparés par 2.6 Å. Des recherches récentes suggèrent qu'un cluster Cu2 III,II/O2 à valence mixte soit un intermédiaire-clé du cycle catalytique. L'objectif de ce travail vise à la synthèse et caractérisation de nouveaux complexes dinucléaires à valence mixte de type bis(µ-oxo)Cu2 III,II ou (µ-OH, µ-O)Cu2 III,II. Deux familles de motifs coordinants ont été mises en oeuvre, polypyridyle ou polyamide ; les deux sites sont assemblés par des ponts courts et rigides, phenoxo, naphthyridine ou alkoxo. De nouveaux complexes ont été caractérisés par électrochimie, spectroscopies UV-visible et RPE, et par des calculs théoriques. Un dispositif original de cryo-spectroélectrochimie UV-vis-NIR a été développé en parallèle de cette étude : il permet l'identification spectroscopique d'intermédiaires transitoires, réputés très instables à température ambiante. De nouveaux composés à valence mixte, Cu2 III,II(μ-OH, μ-O) et Cu2 III,IIbis(μ-OH) ont été identifiés. Ces résultats élargissent le champ des données de cette famille d'intermédiaires instables limitée jusqu'ici à un seul exemple.

Methane has the strongest C-H bond of any hydrocarbon (BDE = 104 kcal mol-1); its oxidation under mild conditions remains a great challenge. The particulate Methane Monooxygenase (pMMO) is a copper enzyme that oxides methane (CH4) to methanol (CH3OH). In the active site of the enzyme, two copper ions are located at a short distance (2.6 Å). Recent researches have suggested a mixed-valent Cu2III,II/O2 cluster as a key intermediate in the catalytic cycle. The main objective of this work was the synthesis and characterization of new mixed-valent CuIIICuII bis(μ-oxo) and (μ-OH, μ-O) dinuclear complexes. For this purpose we designed promising symmetrical and unsymmetrical complexes based on specific and distinct scaffolds for each side of the structure. Two families of coordination pattern have been used, polypyridyle or polyamide; the two sites are shortly and rigidly bridged by phenoxo, alkoxo or naphthyridine linkers. New complexes have been characterized by electrochemistry, UV-vis and EPR spectroscopies, and by theoretical calculations. A new cryo-UV-Vis-NIR spectroelectrochemical set up, developed in parallel during this work, has allowed the spectroscopic identification of these transient intermediate species, known to be unstable at room temperature. New mixed-valence Cu2 III,II(μ-OH, μ-O) and Cu2 III,IIbis(μ-OH) complexes have been characterized. These results expand the recent knowledge on the only mixed valent CuIII(μ-OH)CuII species described so far.