Synthèse chimio-enzymatique, purification et caractérisation de molécules analogues aux métabolites secondaires du bois de co-produits de l’arboriculture pour des applications cosmétiques

Chemo-enzymatic synthesis, purification et characterization of analogues of secondary metabolites of wood arboricultural by-products for cosmetic applications

• Auteur / Autrice : Laurène Minsat
• Direction : Jean-Hugues Renault
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 10/11/2022
• Etablissement(s) : Reims
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Agriculture, alimentation, biologie, environnement, santé (Paris ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Chimie Moléculaire de Reims (ICMR - UMR 7312 CNRS) (Reims, Marne, 2012-....)
• Jury : Président / Présidente : Anne Zaparucha
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Hugues Renault, Marie-Christine Scherrmann, Sylvie Michel, Florent Allais
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Marie-Christine Scherrmann, Sylvie Michel

Mots clés

Mots clés contrôlés

Glycosylation

Formulation (génie chimique)

Phénols

Pommiers

Vigne

Taille (botanique)

Emploi en cosmétologie

Arbres fruitiers -- Taille

Mots clés libres

Modification enzymatique

Chimie verte

Chromatographie de partage centrifuge

Caractérisation

Chalcones/dihydrochalcones

Valorisation de co-Produits

Enzymatic modification

Green chemistry

Centrifugal partition chromatography

Characterization

Chalcones/dihydrochalcones

By-Products valorization

Résumé

Les travaux de thèse présentés dans ce manuscrit s’inscrivent dans le projet INTERREG NWE AgriWasteValue (AWV) visant à valoriser les co-produits de la taille des vignes, des pommiers et des poiriers dans des secteurs industriels clés, en les intégrant dans une chaine de valorisation circulaire. L’objectif de cette étude est la mise en place d’une méthodologie complète de modification-purification-caractérisation (M-P-C) d’extraits naturels obtenus à partir des biomasses susmentionnées afin de développer de nouvelles molécules bioactives et biosourcées pour les secteurs de la cosmétique et de la nutraceutique. Ces deux secteurs bénéficient d’une croissance significative et sont marqués par une forte demande des consommateurs pour un retour aux produits naturels à partir de ressources locales. Il n’est toutefois pas rare que ces composés naturels (e.g., composés phénoliques), extraits de diverses biomasses, présentent une faible solubilité dans l’eau, limitant ainsi leur utilisation dans des formulations cosmétiques. La modification de ces extraits par glycosylation enzymatique, qui nous est apparue particulièrement appropriée au vu des objectifs de ce projet, a été mise en œuvre et optimisée. Par la suite, une stratégie complète de purification a été imaginée afin de procéder à l’élucidation structurale des molécules produites.Dans ce but, et afin de simplifier le milieu étudié en vue du développement et de l’amélioration de chaque étape de la méthodologie M-P-C imaginée, une étude a été réalisée sur des molécules modèles. Celles-ci ont été synthétisées par chimie verte en tant qu’analogues des composés naturels retrouvés dans les biomasses inhérentes au projet. Ainsi, une stratégie complète a été mise en place, avec succès, sur une chalcone et deux dihydrochalcones débutant par leur glycosylation enzymatique suivie du fractionnement de l’extrait glycosylé par chromatographie de partage centrifuge, puis de la purification de chaque fraction d’intérêt par des techniques de chromatographie liquide préparative ou semi-préparative. Enfin, les structures des molécules ainsi isolées ont été caractérisées par des analyses RMN et LC-MS.Cette approche a permis de développer une bibliothèque de nouvelles molécules (i.e., ⍺-glycosides) analogues aux molécules naturellement présentes dans les biomasses mais potentiellement plus actives. Afin d’évaluer leur potentiel, les propriétés cosmétiques et/ou biologique de chaque extrait ont été testées en vue d’une valorisation future (e.g., antioxydant, dépigmentant).Finalement, des premières études de transposition de cette méthodologie aux extraits naturels bruts produits dans le cadre du projet ont été menées et ont permis de mettre en évidence le potentiel de celle-ci.

The thesis work presented in this manuscript is part of the AgriWasteValue (AWV) INTERREG NWE project aiming at valorizing the by-products of vine, apple and pear pruning in key industrial sectors, by integrating them into a circular valorization chain. The objective of this study is the implementation of a comprehensive methodology of modification-purification-characterization (M-P-C) of natural extracts obtained from the aforementioned biomasses in order to develop new bioactive and biosourced molecules for the cosmetic and nutraceutical sectors. These two markets are benefiting from a significant growth and are facing a strong consumer demand for a comeback to natural products from local resources. However, it is not unusual for these biomass-derived natural compounds (e.g., phenolic compounds) to have low water solubility, thus limiting their use in cosmetic formulations. The modification of these compounds by enzymatic glycosylation, that appeared to be particularly appropriate for the objectives of this project, was developed and optimized. Subsequently, a complete purification strategy was designed in order to perform the structural elucidation of the molecules produced.In order to simplify the studied medium in view of the development and improvement of each step of the imagined M-P-C methodology, a study was first carried out on model molecules. The latter were synthesized by green chemistry as analogues of natural compounds found in the biomasses inherent to the project. In this way, a complete strategy was successfully implemented on a chalcone and two dihydrochalcones consisting in their enzymatic glycosylation followed by the fractionation of the glycosylated extract by centrifugal partition chromatography and then the purification of each fraction of interest by preparative or semi-preparative liquid chromatography techniques. Finally, the structures of the isolated molecules were characterized using NMR and LC-MS analyses.This approach allowed the development of a library of new molecules (i.e., ⍺-glycosides) analogous to molecules naturally present in biomasses but potentially more active. To evaluate their potential, the cosmetic and/or biological properties of each extract were tested for future valorization (e.g., antioxidant, depigmenting).Finally, the first transposition studies of the developed methodology to the raw natural extracts produced within the framework of the project were carried out and proved globally efficient, demonstrating their potential.