Complexes cavitaires biomimétiques pour la reconnaissance moléculaire et la catalyse : des milieux organiques vers l'eau

Les metalloenzymes comportent en leur site actif (au moins) un ion metallique qui a un role cle pour la catalyse. Les enzymes a zinc sont responsables de reactions variees, principalement hydrolytiques. L'un des objectifs de la chimie bio-inorganique est d'en developper des modeles afin de mieux en comprendre le fonctionnement et d'elaborer des catalyseurs performants. Plusieurs degres de biomimetisme peuvent etre obtenus. Les structures les plus simples reproduisent uniquement la premiere sphere de coordination. Des modeles plus elabores tiennent compte d'effets de seconde sphere de coordination, par ajout au niveau intramoleculaire de donneurs de liaisons hydrogenes par exemple. La litterature montre qu'ils permettent de caracteriser des intermediaires intervenant dans les mecanismes enzymatiques ou d'ameliorer la reactivite des systemes. Une approche biomimetique plus fidele et originale est suivie dans notre laboratoire. Elle consiste en la conception d'un modele incorporant des effets de premiere, seconde et troisieme sphere de coordination. Les systemes sont composes d'une cavite hydrophobe resorcinarene associee a quatre bras imidazoles coordinant un cation metallique. Le complexe organosoluble de Zn(II) est un recepteur de petites molecules presentant une fonction acide, telles que l'acide acetique, l'acetylacetone, mais aussi l'acetamide, selectivement inclus dans la cavite sous forme d'anions grâce a l'assistance basique intramoleculaire d'un bras imidazole hemilabile. Une etude relative a l'hydratation de l'acetonitrile montre la formation efficace selective d'acetamide grâce a l'association de trois parametres: la cavite qui reconnait le substrat, l'ion metallique qui permet de l'activer et la presence d'un bras hemilabile qui permet la coordination de H2O en position cis de MeCN et joue le role de base assistant l'attaque nucleophile. Le modele est ensuite adapte dans l'eau. Deux strategies sont suivies : la synthese d'un nouveau ligand hydrosoluble (WRim4) comportant des groupements charges et l'incorporation du systeme organique dans des micelles (MRim4). Les proprietes des deux systemes vis-a-vis de la coordination du zinc et de la reconnaissance d'invites sont similaires malgre la difference d'environnement chimique. Les complexes sont des recepteurs d'anions, tels que l'acetate, l'acetamide et l'acetylacetone, lies sous forme deprotonee sur une large gamme de pH. En particulier, l'inclusion d'acetamide a pH neutre indique un abaissement de pKa considerable de 8 unites. Le complexe hydrosoluble MRim4Zn est un recepteur aussi performant que WRim4Zn dans l'eau, ce qui souligne le role crucial de la cavite pour la reconnaissance. Les proprietes receptrices du complexe WRim4Zn sont etudiees plus en detail. Le cas des monoalkylphosphates est particulierement interessant. Les phosphates sont en effet omnipresents dans le vivant, et les recepteurs qui en sont selectifs sont recherches. Les resultats sont remarquables : des invites a chaine longue sont inclus pour la premiere fois dans ce type de systeme avec des affinites considerables dans l'eau. Le systeme est selectif des mono- par rapport aux di- et trialkylphosphates ainsi que des chaines lineaires de moins de sept carbones. Une etude RMN permet de proposer un mode de coordination different du metal du a la nature bisanionique du phosphate et a sa geometrie tetraedrique, ce qui permet de faciliter le repliement de la chaine dans la cavite. La cavite resorcinarene apporte au systeme WRim4Zn des proprietes receptrices et une selectivite qui restent encore a explorer. La reconnaissance de derives soufres et de peptides modifies (acetyles ou phosphoryles) est notamment a etudier. De plus, la reactivite des systemes reste en grande partie a decouvrir. En milieu organique, l'etude pourra etre etendue a un panel de substrats pour mieux cerner les capacites des complexes. Dans l'eau, les reactions enzymatiques pourront etre investiguees, notamment hydrolytiques.