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1
Grenoble Mardi 13 décembre 2005
Thèse préparée au sein de l’équipe de Chimie Biomimétique (L.E.D.S.S.) sous la direction du Pr. Jean-Louis PIERRE et du Dr. Fabrice THOMAS
Association cuivre-radical phénoxyle:chimie en solution et modèles bio-inspirés
de la Galactose Oxydase
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2
Métalloenzymes à cuivre
Type IMononucléaire
Transfert d’électron Cupro-Protéines Bleues
Type IIMononucléaire
Activation de O2 Catalyse réactions redox
Galactose Oxydase
Type IIIDinucléaire
Activation de O2
oxygénationCatéchol Oxydase
AutresPolynucléaire
Méthane Mono-OxygénaseAscorbate Oxydase
Type CuA
DinucléaireTransfert d’électron
Cytochrome - C - Oxydase
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3
La Galactose Oxydase (GO): une association originale entre un métal et un radical organique
O.
CuII
R-CH2-OH
O2
H2O2
R-CHO
R-CH2-OH
R-CHO
O2 H2O2
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4
La Galactose Oxydase (GO)
Isolée sous 7 états différents:
Structure cristallographique
Avec le cuivre
Pro GO
Apo GO
Apo GO oxydée
Sans le cuivre
Mécanisme catalytique
Forme inactive Ar-O-Cu(II)
Forme active oxydée Ar-O-Cu(II)
Forme active réduiteAr-O-Cu(I)
GO native
.
Maturation
Localisation du radical
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5
Structure cristallographique de la forme inactive
Ito N., Phillips S.E.V., Yadav K.D.S., Knowles P.F., J. Mol. Biol., 1994, 238, 794
Lien covalent entre Tyr-272 et Cys-228: rôle important dans la réactivité de la formeradicalaire (forme active oxydée)
Cu(II)
Tyr-272
Tyr-495
His-581
Acétate
N
O
O
S
O
His-496
N
Cys-228
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6
Caractéristiques UV-Vis et RPE de la forme inactive et active oxydée
►RPE (30 K, tampon phosphate): système typique d’un centre
mononucléaire de Cu(II)
►UV-Vis (298 K, tampon phosphate): bandes de transfert de charge tyrosinate-Cu(II) à 438 nm et
transition d-d à 625 nm
►RPE (30 K, tampon phosphate): silencieuse: couplage anti-ferromagnétique entre le spin du cuivre et du radical
►UV-Vis (298 K, tampon phosphate): bandes intenses à 445 et 800 nm attribuées aux transitions π - π * du radical
Forme inactive
His-496
Tyr-272
N
OSolvant
Cu N
OH
S
Tyr-495
Cys-228
IINHHN
His-581
Forme active oxydée
His-496
Tyr-272
N
OSolvant
Cu N
O
S
Tyr-495
Cys-228
.+
IINHHN
His-581
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7
Spectre UV-Vis de la forme inactive et active oxydée
Forme inactive: bandes de transfert de charge et transitions d-d
Forme active oxydée: transition π - π* du radical tyrosinyle
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8
Obtention de la forme active oxydée à partir de la pro-GO et de cuivre:
► Incorporation du cuivre► Formation de la liaison covalente entre la Cys-228 et la Tyr-272 ► Formation du radical tyrosinyle couplé au cuivre
Maturation de l’enzyme
Pro GO
Maturation?
►Addition de Cu(II) en aérobie: formation lente de la forme active oxydée (t1/2 réaction = 5 h)
►Addition de Cu(I) en aérobie: formation rapide de la forme active oxydée (t1/2 réaction = 4 s)
M.M.Whittaker and J.W.Whittaker J. Biol. Chem., 2003, 278, 22090
Forme active oxydée
His-496
Tyr-272
N
OSolvant
Cu N
O
S
Tyr-495
Cys-228
.+
IINHHN
His-581His-496
HO Tyr-272
N N
OH
Tyr-495
Cys-228
NHHNHis-581
SH
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9
Modèles biomimétiques
- Manipulation plus aisée que l’enzyme
- Relation structure moléculaire/ propriétés spectroscopiques(modèles structuraux)
- Reproduire la réactivité(modèles fonctionnels)
Modèles bio-inspirés
- Connaître l’objet de « base »
- Inspiration
- Entité nouvelle avec des propriétés structurales et fonctionnelles inédites
Modélisation du site actif de métalloenzymes
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10
Les complexes dérivés de ligands tripodaux de type N3O
Les complexes dérivés de ligandstripodaux de type N2O2
Les complexes salenLes complexes dérivés de triazacyclononanes (TACN)
Modélisation du site actif de la Galactose Oxydase
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11
Modélisation du site actif par les complexes synthétiques:Modèles tripodaux de type N3O et N2O2
(His)
(His)
S
(Tyr)
(Tyr) H
N
ON
Cu S
O
modèles tripodaux de type N2O2
O
N
ON
Cu S
modèles tripodaux de type N3O
N
N
ON
Cu S N Cu S
NN
O
S = solvant ou contre-ion
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12Rajendra U., Viswanathan R., Palaniandavar M., Laksminarayanan M., J. Chem. Soc. Dalton Trans., 1992, 3563.
Modélisation de la tyrosine axiale et des propriétés spectroscopiques de la forme inactive
Modèles biomimétiques de type N3O
NO2
OHN
NN
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13Thomas F, Gellon G., Gautier-Luneau I., Saint-Aman E., Pierre J. L., Angew. Chem. Int. Ed., 2002, 114, 3173
Premier modèle à la fois structural du site actif de la forme inactive et fonctionnel de la forme oxydée
Modèles biomimétiques de type N2O2
OMe
OHN
N OH
O2N
O
N
O.+
N
Cu S
H
O2N
MeO
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14
Modèles bio-inspirés de type TACN et salen► TACN: le cuivre(II) est dans un environnement pyramide à base carrée avec les phénolates systématiquement en position équatoriale
N
OH
N
HOBut
tBu But
tBu
► Salen: le cuivre(II) est dans un environnement plan carré distordu vers le tétraédre
Bill E., Müller J., Weyhermüller T., Wieghardt K.,Inorg. Chem., 1999, 38, 5795.
Thomas F., Jarjayes O., Duboc C., Philouze C., Saint-Aman E., Pierre J. L., Dalton Trans., 2004, 2662.
CuII
O O.+ .+Deux premiers systèmes bis (radical phénoxyle)-Cu(II):
N
N N
OH
tBu
OMe
OH
But
OMe
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15
Nos objectifs- Choix structuraux- Préparation des complexes radicalaires par voie électrochimique- Sélectionner le ou les ligands conduisant à des complexes radicalaires stables
Approche biomimétique de la maturation de la GO
Etendre cette association à des systèmesinédits bio-inspirés emmagasinant
3 et 4 équivalents oxydants
Association radical phénoxyle-Cu(II)
Cu2+ O-Ar+.
IIO
.Ar
CuCuII
+
II IIO
.
Cu CuO
.Ar
Ar
++
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16
1- PREPARATION DES COMPLEXES RADICALAIRES (VOIE CLASSIQUE)Choix du type de ligandPréparation et caractérisation des complexes précurseursPréparation et caractérisation des complexes radicalairesLes complexes radicalaires les plus stables
2- MODELISATION DE LA MATURATION DE LA GOAjout de cuivre(II) aux ligands tripodaux en présence d’une baseLa RMN 19F, un outil complémentaire et efficace
3- MODELES BIO INSPIRES DE LA GOComplexes bio-inspirés stockant trois équivalents oxydants
4- CONCLUSION ET PERPECTIVES
PLAN
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17
Choix structuraux: ligands tripodaux de type N3O
- Modifier la structure du ligand et les propriétés électroniques du phénol- Oxydation centrée sur le phénol
R3
CZ2N(CH2)y
N
N
R2
R1
OH
- OMe- tBu
- OMe- tBu- F- CF3
- NO2
- Benzimidazole- Benzimidazolium
-6 méthylpyridine-6 fluoroquinoléine
-bras méthylpyridine-bras éthylpyridine
- Z = H- Z = D
Synthèse de 14 ligands
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18
Exemples de ligands synthétisés
Modifications des substituants sur le phénol:
Modifications autres que sur le phénol:
OH
N
OMe N
N
N NH
OH
N
N
N
OMe
MeO
OH
N
N
N
DD
OMe
OH
N
N
N
OH
N
OMe
N
NF
OH
N
N
N
NO2
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19
Structures des complexes du Cu(II) synthétisés La structure du complexe dépend du substituant en ortho du phénol:
Obtention de 28 complexes du Cu(II)
Substituant méthoxyle:
Complexe monomère [LCu]
Substituant tertiobutyle:
Sel de Cu(II)
Complexe dimère [L2Cu2]
R2
O
OMeNN
Cu
N
R2
O
MeON N
Cu
N
2+
Complexe phénolate [LCu]
Complexe phénol [HLCu]
sans Et3N avec Et3N
CZ2
N
R2
tBu
O
(CH2)yN
N
CuNCCH3R3
+
CZ2
N
R2
tBu
OH
(CH2)yN
N
CuNCCH3R3
2+
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20
Caractérisation des complexes monomères par diffraction des RX
N
tBu
ON
N
CuNCCH3
NHHN
N
tBu
OHN
N
CuNCCH3
NHHN
2,15 Å
2,51 Å
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21
Cas de la quinoléine fluorée:
Complexe phénol: arrangement « classique »
Complexe phénolate: l’oxygène phénolique est en position équatoriale ; l’azote de la quinoléine est en position apicale
1,90 Å
OH
N
N
N
F
NO2
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22
Environnement de type pyramide à base carrée relativement distordue, avec les oxygènes phénoliques en position axiale
Caractérisation des complexes dimères par diffraction des RX
OMe
O
OMeNN
Cu
N
OMe
O
MeON N
Cu
N
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23
Caractérisation par spectroscopie RPE en solution gelée (100 K)
Complexes monomères Complexes dimères
- Transitions Ms = ± 1 avec structure hyperfine due au couplage du spin électronique avec le noyau du cuivre (I = 3/2): 4 raies
- Transitions Ms = ± 1- Transitions interdites Ms = ± 2
260 280 300 320 340
dX''dB
B / mT
100 200 300 400 500
dX''dB
B / mT
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24
Caractérisation par spectroscopie UV-Vis en solution (298 K)
- Complexe phénol Ar-OH---Cu: transition d-d (500-900 nm)
- Complexe phénolate Ar-O---Cu: bandes de transfert de charge phénolate-Cu(II) (400-500 nm) et transition d-d
300 400 500 600 700 800 9000,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
1,4
A
/ nm
COMPLEXE PHENOLATE COMPLEXE PHENOL
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25
Comportement électrochimique: voltammétrie cyclique
0.2 0.4 0.6 0.8 1.0-60-40-20
020406080
100120
i A
E / V (Fc+/Fc)
Complexes phénolsAr-OH---Cu
Oxydation irréversible à deux électrons centrée sur le phénol:phénol phénoxonium
phénol phénoxonium
Epa
-0.2 -0.1 0.0 0.1-40
-20
0
20
40
60
i A
E / V (Fc+/Fc)
Complexes phénolatesAr-O---Cu
Oxydation réversible ou irréversible à un électron centrée sur le phénolate: Ar-O---Cu Ar-O ----Cu
phénolate phénoxyle
Epa
Epc
phénoxyle phénolate
.+
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26
► Présence de substituants électro-attracteurs sur le phénolate (NO2, benzimidazole, CF3, F):- diminution de la réversibilité du système- augmentation considérable du potentiel d’oxydation
-0,2 0,0 0,2 0,4 0,6 0,80,0
0,2
0,4
0,6
0,8
Ep
a
p
+ Hammett
tBu OMe F CF
3
NO2
Comportement électrochimique des complexes phénolates
► Présence de substituants électro-donneurs sur le phénolate (OMe, tBu):- systèmes réversibles- potentiels d’oxydation faibles
► Corrélation linéaire entre le potentiel d’oxydation Epa des complexes et p
+ de Hammett :
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27
Complexes radical phénoxyle-Cu(II)
►Obtention: électro-oxydation au potentiel Epa des complexes phénolates
monomères ou dimères à -40°C, sous gaz inerte
● Complexes monomères radicalaires:
► Caractérisation des complexes radicalaires: ● Spectroscopie UV-Vis ● Spectroscopie RPE ● Stabilité (temps de demi-vie)
CZ2
N
R2
R1
O
(CH2)y
N
N
Cu
SR3
2+
.+
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28
Ar-O.+Cu2+
Caractérisation par spectroscopie UV-Vis et RPE
Présence de bandes absorption intenses vers 400 nm et 700 nm attribuées aux transitions π–π* du radical phénoxyle
Spectroscopie UV-Vis (243 K)
400 500 600 700 8000.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
A
/ nm
O-Ar+.
Couplage ferromagnétique entre le spin du radical et celui du cuivre (S = 1): transitions interdites Ms = ± 2
Spectroscopie RPE (4 K)
100 200 300 400 500
dX''dB
B / mT
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29
Z = DLimite la dégradationpar couplage radicalaire
Stabilisation par des substituants électro-donneurs
Stabilisation par dessubstituants encombrants
Peu d’influence sur la stabilisation
CZ2
N
R2
R1
O
(CH2)y
N
N
Cu
SR3
2+
.+
Stabilité des complexes radicalairesTemps de demi-vie de 0,7 min à 230 min à 25°C
t1/2 = 230 min à 25°C
OMe
ON
N
N
Cu
NCCH3
.+tBu
t1/2 = 120 min à 25°C
OMe
ON
N
N
Cu
NCCH3
.+D D
tBu
Bonne réactivité vis-à-vis de l’oxydation d’alcool primaire
![Page 30: 1 Grenoble Mardi 13 décembre 2005 Thèse préparée au sein de léquipe de Chimie Biomimétique (L.E.D.S.S.) sous la direction du Pr. Jean-Louis PIERRE et du](https://reader038.vdocuments.net/reader038/viewer/2022103112/551d9d82497959293b8bb8f6/html5/thumbnails/30.jpg)
30
1- PREPARATION DES COMPLEXES RADICALAIRESChoix du ligandPréparation et caractérisation des complexes précurseursPréparation et caractérisation des complexes radicalaires
2- MODELISATION DE LA MATURATION DE LA GOAjout de cuivre(II) aux ligands tripodaux en solution en présence de baseLa RMN 19F, un outil complémentaire et efficace
3- MODELES BIO INSPIRES DE LA GOComplexes bio-inspirés stockant trois équivalents oxydants
PLAN
![Page 31: 1 Grenoble Mardi 13 décembre 2005 Thèse préparée au sein de léquipe de Chimie Biomimétique (L.E.D.S.S.) sous la direction du Pr. Jean-Louis PIERRE et du](https://reader038.vdocuments.net/reader038/viewer/2022103112/551d9d82497959293b8bb8f6/html5/thumbnails/31.jpg)
31
Expériences réalisées:
► Addition de Cu(I) au ligand, puis exposition à l’air
► Addition de Cu(II) au ligand sans base (aérobie)
► Addition de Cu(II) au ligand avec base (aérobie ou anaérobie)suivi par spectroscopie UV-Vis
Maturation
Forme active oxydée
His-496
Tyr-272
N
OSolvant
Cu N
O
S
Tyr-495
Cys-228
.+
IINHHN
His-581His-496
HO Tyr-272
N N
OH
Tyr-495
Cys-228
NHHNHis-581
SH
Pro-GO
Modélisation de la maturation de l’enzyme
Cuivre / O2
?
ligand
OMe
OHN
N
N
tBu
OMe
ON
N
N
tBu
Cu
.+
S
Complexe radicalaire
![Page 32: 1 Grenoble Mardi 13 décembre 2005 Thèse préparée au sein de léquipe de Chimie Biomimétique (L.E.D.S.S.) sous la direction du Pr. Jean-Louis PIERRE et du](https://reader038.vdocuments.net/reader038/viewer/2022103112/551d9d82497959293b8bb8f6/html5/thumbnails/32.jpg)
32
Addition progressive de Cu(II) au ligand en présence de triéthylamine
400 500 600 700 800 9000,0
0,4
0,8
1,2
1,6
2,0
A
/ nm
► Première étape: de 0 à 1 équivalent de Cu(II) ajouté / ligand (- 40°C, CH3CN)
Apparition des bandes de transfertde charge du complexe phénolate
OMe
O
tBuN
N
NCu
NCCH3
OMe
OH
tBu
NN
N
1 Cu(II) + 1 Et3N +CH3CN
+ 1 1 Et3NH1
![Page 33: 1 Grenoble Mardi 13 décembre 2005 Thèse préparée au sein de léquipe de Chimie Biomimétique (L.E.D.S.S.) sous la direction du Pr. Jean-Louis PIERRE et du](https://reader038.vdocuments.net/reader038/viewer/2022103112/551d9d82497959293b8bb8f6/html5/thumbnails/33.jpg)
33
Addition de Cu(II) en présence de triéthylamine
► Deuxième étape: de 1 à 2 équivalents de Cu(II) ajouté / ligand (- 40°C, CH3CN)
400 500 600 700 800 9000,0
0,4
0,8
1,2
1,6
2,0
2,4
A
/ nm
Disparition des bandes de transfert de charge du complexe phénolate
Apparition de bandes très intenses vers 400 nm attribuées aux transitions π-π* du radical phénoxyle
OMe
O
tBuN
N
NCu
NCCH3
CH3CN1 .+
OMe
O
tBuN
N
NCu
NCCH3
1
Rôle oxydant du métal
+ Cu(II) + Cu(I)
Comportement observé pour tous les ligands ayant conduit à des complexes radicalaires stables par oxydation électrochimique
![Page 34: 1 Grenoble Mardi 13 décembre 2005 Thèse préparée au sein de léquipe de Chimie Biomimétique (L.E.D.S.S.) sous la direction du Pr. Jean-Louis PIERRE et du](https://reader038.vdocuments.net/reader038/viewer/2022103112/551d9d82497959293b8bb8f6/html5/thumbnails/34.jpg)
34
CH3CN
1 Cu 2+
1 Et3N 1 Cu 2+
CH3CN
OMe
OH
tBuNN
N
OMe
O
tBuN
N
NCu
NCCH3
.+
OMe
O
tBuN
N
NCu
NCCH3
Complexe phénolate
1 Cu 2+
CH3CN 1 Cu 2+
CH3CN
OMe
OH
tBuN
N
NCu
NCCH3
Complexe phénol
SANS Et3N
![Page 35: 1 Grenoble Mardi 13 décembre 2005 Thèse préparée au sein de léquipe de Chimie Biomimétique (L.E.D.S.S.) sous la direction du Pr. Jean-Louis PIERRE et du](https://reader038.vdocuments.net/reader038/viewer/2022103112/551d9d82497959293b8bb8f6/html5/thumbnails/35.jpg)
35
NHN
ON
N
N
NHN
ON
N
N
H+
-H
Optimisation du modèle: introduction d’une base endogène
NHN
OHN
N
N
- Stabilise les radicaux phénoxylessans le métal- En para : éviter d’interférer avecla complexation
- Eviter la formation de dimère- Stabiliser le radical
Choix du ligand:
État de protonation:
RMN 2D (DMSO):Séquences GHMQC et GHMBC
![Page 36: 1 Grenoble Mardi 13 décembre 2005 Thèse préparée au sein de léquipe de Chimie Biomimétique (L.E.D.S.S.) sous la direction du Pr. Jean-Louis PIERRE et du](https://reader038.vdocuments.net/reader038/viewer/2022103112/551d9d82497959293b8bb8f6/html5/thumbnails/36.jpg)
36
Addition de Cu(II)
1 Cu (II)NHN
OHN
N
N
400 500 600 700 8000,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
1,4
A
/ nm
1 Cu (II)
(- 40°C, CH3CN)
Complexe électro-généré
OHN
N
N
NHN
+ON
N
NCu
NCCH3
NH +HN
.+
II
II2 Cu +I1 Cu
![Page 37: 1 Grenoble Mardi 13 décembre 2005 Thèse préparée au sein de léquipe de Chimie Biomimétique (L.E.D.S.S.) sous la direction du Pr. Jean-Louis PIERRE et du](https://reader038.vdocuments.net/reader038/viewer/2022103112/551d9d82497959293b8bb8f6/html5/thumbnails/37.jpg)
37
Comparaison Enzyme / Modèle
-2 H+
-2 e-
+ Cu(I)
+ Cu(II)
OMe
OHtBu
NN
N
1 O2
1 Et3N / Benzimidazole 1 Cu(II)
- 1 H+
- 1 e-
BaseOxydant
BaseOxydant
.+
OMe
OtBu
N
N
NCu
NCCH3
II
His-496HO
Tyr-272
N N
OH
Tyr-495
NHHN
His-581
SCys-228
His-496
Tyr-272
N
OSolvant
Cu N
O
S
Tyr-495
Cys-228
.+
IINHHN
His-581
H2O2
![Page 38: 1 Grenoble Mardi 13 décembre 2005 Thèse préparée au sein de léquipe de Chimie Biomimétique (L.E.D.S.S.) sous la direction du Pr. Jean-Louis PIERRE et du](https://reader038.vdocuments.net/reader038/viewer/2022103112/551d9d82497959293b8bb8f6/html5/thumbnails/38.jpg)
38
La RMN 19F: un outil original et efficace pour l’étude en solution de complexes paramagnétiques de cuivre
Marquages utilisés:
►Détermination d’une constante de vitesse d’échange entre un complexe phénol et de son homologue phénolate par une expérience en température variable
► Formation du radical phénoxyle par ajout de Cu(II) à basse température
NO2
OHN
N
N
F
F
OHN
N
N OHN
N
N
F FF
F
OMe
OHN
N
N
![Page 39: 1 Grenoble Mardi 13 décembre 2005 Thèse préparée au sein de léquipe de Chimie Biomimétique (L.E.D.S.S.) sous la direction du Pr. Jean-Louis PIERRE et du](https://reader038.vdocuments.net/reader038/viewer/2022103112/551d9d82497959293b8bb8f6/html5/thumbnails/39.jpg)
39
NO2
OHN
N
N
F
Cu
NC
CD
3
NO2
ON
N
N
F
Cu
NC
CD
3
Mis en évidence de l’équilibre rapide entre les complexes phénol et phénolate dans CD3CN (Réf: C6F6)
10 ppm
1520253035404550556065707580859095100
= 53,7 ppm
10 ppm
1520253035404550556065707580859095100
= 51,3 ppm
Mélange équimolaireEquilibre proche de la coalescence à 25°C
10 ppm
1520253035404550556065707580859095
= 49,0 ppm
100
![Page 40: 1 Grenoble Mardi 13 décembre 2005 Thèse préparée au sein de léquipe de Chimie Biomimétique (L.E.D.S.S.) sous la direction du Pr. Jean-Louis PIERRE et du](https://reader038.vdocuments.net/reader038/viewer/2022103112/551d9d82497959293b8bb8f6/html5/thumbnails/40.jpg)
40
10
ppm
1520253035404550556065707580859095100
= 51,3 ppm
Déterminer la constante de vitesse k par une expérience en température variable sur un mélange équimolaire des deux complexes dans CD3CN/CH3CH2CN (1/2):
k
k -1
NO2
OHN
N
N
F
Cu
NC
CD
3
NO2
ON
N
N
F
Cu
NC
CD
3
NO2
OHN
N
N
F
Cu
NC
CD
3
NO2
ON
N
N
F
Cu
NC
CD
3
+ +
![Page 41: 1 Grenoble Mardi 13 décembre 2005 Thèse préparée au sein de léquipe de Chimie Biomimétique (L.E.D.S.S.) sous la direction du Pr. Jean-Louis PIERRE et du](https://reader038.vdocuments.net/reader038/viewer/2022103112/551d9d82497959293b8bb8f6/html5/thumbnails/41.jpg)
41
Coalescence à Tc = -47°C
kc = π . / 21/2
k à -47°C = 3135 s-1
Détermination de la constante de vitesse
ppm152025354045505560707580859095 65 30 10100
5°C
-8°C
-21°C
-33°C
-44°C
-46°C
-49°C
-59°C
-65°C
-72°C = 49,0 = 53,7
Température = 51,3
![Page 42: 1 Grenoble Mardi 13 décembre 2005 Thèse préparée au sein de léquipe de Chimie Biomimétique (L.E.D.S.S.) sous la direction du Pr. Jean-Louis PIERRE et du](https://reader038.vdocuments.net/reader038/viewer/2022103112/551d9d82497959293b8bb8f6/html5/thumbnails/42.jpg)
42
Transfert du proton couplé au réarrangement quinoléine axiale / quinoléine équatoriale
Interprétation
Complexe phénol Complexe phénolate
NO2
OHtBu
N
N
N
F
Cu
NC
CH
3
NO2
O
tBuN
N
N
F
Cu
NC
CH
3
k
k-1
![Page 43: 1 Grenoble Mardi 13 décembre 2005 Thèse préparée au sein de léquipe de Chimie Biomimétique (L.E.D.S.S.) sous la direction du Pr. Jean-Louis PIERRE et du](https://reader038.vdocuments.net/reader038/viewer/2022103112/551d9d82497959293b8bb8f6/html5/thumbnails/43.jpg)
43
OMe
O
tBuN
N
N
F
Cu
NC
CH
3
Formation in situ du radical phénoxyle
Addition Cu(II) sur le complexe phénolate et enregistrement de spectres en fonction du nombre d’équivalents de cuivre ajouté
![Page 44: 1 Grenoble Mardi 13 décembre 2005 Thèse préparée au sein de léquipe de Chimie Biomimétique (L.E.D.S.S.) sous la direction du Pr. Jean-Louis PIERRE et du](https://reader038.vdocuments.net/reader038/viewer/2022103112/551d9d82497959293b8bb8f6/html5/thumbnails/44.jpg)
44 ppm1520253035404550556065707580859095 10100
1
0.75
0.5
0.25
0
0.05
= 49,0
= 53,7
eq Cu(II)
Formation in situ du radical phénoxyle (CD3CN ; -35°C)
Cu(II) Cu(I)
OMe
O
tBuN
N
N
F
Cu
NC
CD
3
OMe
O
tBuN
N
N
F
Cu
NC
CD
3
.+
![Page 45: 1 Grenoble Mardi 13 décembre 2005 Thèse préparée au sein de léquipe de Chimie Biomimétique (L.E.D.S.S.) sous la direction du Pr. Jean-Louis PIERRE et du](https://reader038.vdocuments.net/reader038/viewer/2022103112/551d9d82497959293b8bb8f6/html5/thumbnails/45.jpg)
45
1- PREPARATION DES COMPLEXES RADICALAIRESChoix du ligandPréparation et caractérisation des complexes précurseursPréparation et caractérisation des complexes radicalaires
2- MODELISATION DE LA MATURATION DE LA GOAjout de cuivre(II) aux ligands tripodaux en présence de baseLa RMN 19F, un outil complémentaire et efficace
3- MODELES BIO-INSPIRES DE LA GOComplexes bio-inspirés stockant trois équivalents oxydants
PLAN
![Page 46: 1 Grenoble Mardi 13 décembre 2005 Thèse préparée au sein de léquipe de Chimie Biomimétique (L.E.D.S.S.) sous la direction du Pr. Jean-Louis PIERRE et du](https://reader038.vdocuments.net/reader038/viewer/2022103112/551d9d82497959293b8bb8f6/html5/thumbnails/46.jpg)
46
Les différentes possibilités
Emmagasiner trois équivalents oxydants: 2 possibilités
?
O-Ar+.
Ar-O.+Cu2+
O-Ar+.
Cu2+Cu2+
O-Ar+.
CuO O
N N
N
OMeMeO
.+.+tButBu
N
O
N
O tBuButCu .+.+
tButBu
![Page 47: 1 Grenoble Mardi 13 décembre 2005 Thèse préparée au sein de léquipe de Chimie Biomimétique (L.E.D.S.S.) sous la direction du Pr. Jean-Louis PIERRE et du](https://reader038.vdocuments.net/reader038/viewer/2022103112/551d9d82497959293b8bb8f6/html5/thumbnails/47.jpg)
47
OH
OMe
N
NN
Choix structuraux: un ligand dérivé des modèles tripodaux N3O
Ligand L dinucléant maintenu par un lien:
- Maintient de la structure par le phénol commun
- Groupement OMe électrodonneurs stabilisant
- Deux sites de complexation identiques de type N3O
N
NN
![Page 48: 1 Grenoble Mardi 13 décembre 2005 Thèse préparée au sein de léquipe de Chimie Biomimétique (L.E.D.S.S.) sous la direction du Pr. Jean-Louis PIERRE et du](https://reader038.vdocuments.net/reader038/viewer/2022103112/551d9d82497959293b8bb8f6/html5/thumbnails/48.jpg)
48
Synthèses et caractérisations des complexes (CH3CN)
L
2 Cu2+
CH3CN1 eq Et3NON
OMe
N
N
N
N
N
Cu Cu
CH
3CN
CH
3C
N
2 Cu2+
CH3CN2 eq Et3N
ON
OMe
N
N
N
N
N
Cu CuOH
400 500 600 700 800 900 10000,0
0,2
0,4
0,6
0,8
A
/ nm400 500 600 700 800 900 1000
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
A
/ nm
-Bandes de transfert de charge-phénolate-Cu(II)-Transitions d-d
-Bandes de transfert de charge-phénolate-Cu(II)-Transitions d-d
100 200 300 400 500
dX''dB
B / mT100 200 300 400 500
dX''dB
B / mT
Stot = 1 Stot = 0
-0,1 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6-30
-20
-10
0
10
20
30
40
50
i /A
E / V (Fc+/Fc)-0,1 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6
-10
0
10
20
30
40
50
i /A
E / V (Fc+/Fc)
-phénolate -phénoxyle -phénolate -phénoxyle
Epa Ep
a
Epc Ep
c
![Page 49: 1 Grenoble Mardi 13 décembre 2005 Thèse préparée au sein de léquipe de Chimie Biomimétique (L.E.D.S.S.) sous la direction du Pr. Jean-Louis PIERRE et du](https://reader038.vdocuments.net/reader038/viewer/2022103112/551d9d82497959293b8bb8f6/html5/thumbnails/49.jpg)
49
400 500 600 700 8000,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
A
/ nm
Caractéristiques UV-Vis et RPE des complexes oxydés à 1 électron
Ar-O.+Cu2+ Cu2+
O-Ar+.
Transitions π-π*
Stot = 3/2fondamental
100 200 300 400 500
dX''dB
B / mT
20 40 60 80 100 120 140
X 20
Ms = ± 3
0,1 0,2 0,30
2
4
6
8
10
IMS=3
T-1 / K-1
![Page 50: 1 Grenoble Mardi 13 décembre 2005 Thèse préparée au sein de léquipe de Chimie Biomimétique (L.E.D.S.S.) sous la direction du Pr. Jean-Louis PIERRE et du](https://reader038.vdocuments.net/reader038/viewer/2022103112/551d9d82497959293b8bb8f6/html5/thumbnails/50.jpg)
50
ON
OMe
N
N
N
N
N
Cu Cu
CH
3C
N
CH
3C
N
ON
OMe
N
N
N
N
N
Cu CuOH
Électro-oxydation
ON
OMe
N
N
N
N
N
Cu CuOH
.+ON
OMe
N
N
N
N
N
Cu Cu
CH
3C
N
CH
3C
N
.+
t1/2 = 22 min à 25°C t1/2 < 20 secondes à 17°C
![Page 51: 1 Grenoble Mardi 13 décembre 2005 Thèse préparée au sein de léquipe de Chimie Biomimétique (L.E.D.S.S.) sous la direction du Pr. Jean-Louis PIERRE et du](https://reader038.vdocuments.net/reader038/viewer/2022103112/551d9d82497959293b8bb8f6/html5/thumbnails/51.jpg)
51
► Préparation des complexes biomimétiques radical phénoxyle-Cu(II):
CZ2
N
R2
R1
O
(CH2)y
N
N
Cu
SR3
2+
.+
Voie classique: oxydation électrochimiques des complexes phénolates
Influence prépondérante de R1 et R2 sur la stabilité des complexes radicalaires:STABILISATION par des substituants encombrants (ortho) et électrodonneurs (para)
Conclusion générale
La Galactose Oxydase: Cu2+ O-Ar+.
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52
tBuOHN
N
N
NHN
2 Cu(II)+ tBuON
N
NCu
NCCH3
NH +HN
.+
Modèle, a posteriori bio-inspiré, de la maturation de l’enzyme
► Modélisation de la maturation de la GO:
complexation Oxydation
OMe
OH
tBuNN
N
.+
OMe
O
tBuN
N
NCu
NCCH3
OMe
O
tBuN
N
NCu
NCCH3
1 Cu(II) 1 Cu(II)
Et3N
![Page 53: 1 Grenoble Mardi 13 décembre 2005 Thèse préparée au sein de léquipe de Chimie Biomimétique (L.E.D.S.S.) sous la direction du Pr. Jean-Louis PIERRE et du](https://reader038.vdocuments.net/reader038/viewer/2022103112/551d9d82497959293b8bb8f6/html5/thumbnails/53.jpg)
53
► Extension à des modèles bio-inspirés stockant trois équivalents oxydants
ON
OMe
N
N
N
N
N
Cu Cu
CH
3C
N
CH
3C
N
.+ON
OMe
N
N
N
N
N
Cu CuOH
.+
S = 3/2 fondamental
Ar-O.+Cu2+ Cu2+
O-Ar+.
![Page 54: 1 Grenoble Mardi 13 décembre 2005 Thèse préparée au sein de léquipe de Chimie Biomimétique (L.E.D.S.S.) sous la direction du Pr. Jean-Louis PIERRE et du](https://reader038.vdocuments.net/reader038/viewer/2022103112/551d9d82497959293b8bb8f6/html5/thumbnails/54.jpg)
54
► Greffage des ligands sur support solide
► Pourquoi un deuxième équivalent de Cu(II) est-il nécessaire?
► Réactivité des complexes emmagasinant trois équivalents oxydants
Perspectives
N
N
N
OH
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55
Remerciements
Pr. Jean-Louis PIERRE
Dr. Fabrice THOMAS
Dr. Sylvain HAMMAN
Dr. Catherine BELLE
…
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56
stop 0+ -
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57
HO
Tyr-272
OH
Tyr-495
Cys-228SH
Cu1+
O O. .
HO
OH
Tyr-495
Cys-228S
Cu2+
OO .
H
HO
OH
Tyr-495
Cys-228S
Cu2+
OO
H .
Formation du lien covalent (CuI)
HO
OH
Tyr-495
Cys-228S
Cu2+
OO
H.
H
HO
OH
Tyr-495
Cys-228S
Cu1+-H2O2
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58
Formation du radical (CuI)
O O. .
-H2O2
.HO
OH
Tyr-495
S
Cu1+
Cys-228
HO
OH
Tyr-495
Cys-228S
Cu2+
OO
O
O
Tyr-495
Cys-228S
Cu2+
.O
OH
Tyr-495
Cys-228S
Cu2+
OO
H
.
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59
Formation du lien covalent et radical (CuII)
-H2O2
O
OH
Tyr-495
Cys-228S
Cu1+
.
O O. .
.HO
OH
Tyr-495
Cys-228
SH
Cu2+
O
OH
Tyr-495
Cys-228
SH
Cu1+BASE
O
OH
Tyr-495
Cys-228SH
Cu2+
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60N3O: réaction lente avec O2:antidismutation avec
LN2O2 + CuII
0,5 LCuII + 0,5 CuI + 0,5 L.
LN3O + CuII
LCu
?LCuII LCuII + CuI
.?CuII
CuI + L
N2O2: réaction très rapideavec O2
LCuII
LCuII .
0,5 LCuII .
LCuI
OK
OK
OK
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61
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62
HO
HS
Cu(I)
2 H2O2
OH
O
S
Cu(II)
O2 O2 + 4 H+ + 4e-Tyr-272
Cys-228
Tyr-495
Tyr-272
Cys-228
Tyr-495
.
H
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63
Potentiels V vs Fc+/Fc
EoO2/H2O = 0,60 (eau)
EoO2/H2O2 = 0,03 (eau)
ECuII/CuI = ~ 0,80 (acétonitrile)
0,15 < EComplexe radicalaire/Complexe phénoate < 0,83 (acétonitrile)
ELCuI/LCuII = - 0,50 (acétonitrile)
EoGOox/GOinac = - 0,20 (eau)
EoGOinac/GOred = - 0,40 (eau)
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Pro-séquence N-terminale: A V G T G I P E G S L Q F L S L R
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67
Glyoxale Oxydase
RCHO + H2O + O2 RCO2H + H2O2