Mélanie Thomas
L’un des principaux défis pour les chimistes de synthèse est d’imposer un contrôle sur les radicaux libres. Molécules hautement réactives avec un électron non apparié, les radicaux libres peuvent vous être familiers c’est le style de molécules pour lesquelles nous prenons des suppléments antioxydants, dans le but d’apprivoiser le stress oxydatif.
Dans le monde de la chimie de synthèse, cependant, les radicaux libres sont très prometteurs.
“La chimie des radicaux libres est très utile pour la synthèse de petites molécules bioactives et de polymères de tous les jours”, a déclaré Yang Yang, professeur de chimie à l’UC Santa Barbara, auteur d’un article sur le sujet paru dans Nature Catalysis. “Cependant, l’imposition d’un stéréocontrôle sur les réactions médiées par les radicaux libres a échappé à la communauté de la catalyse asymétrique pendant des décennies. Nous essayons de développer des stratégies biocatalytiques pour repousser davantage les limites de la chimie des radicaux libres.”
Pour libérer pleinement le potentiel de synthèse des radicaux libres, Yang et ses collègues se concentrent sur la stéréochimie, également connue sous le nom de chimie 3D, qui se concentre sur l’orientation tridimensionnelle des atomes et des molécules. La stéréochimie des molécules organiques a un effect significatif sur leurs propriétés. Par exemple, la (S)-carvone ou carvone “gaucher” est le principal ingrédient qui explique l’odeur unique de la menthe. En revanche, la (R)-carvone ou carvone “droitière” se trouve dans les graines de carvi et a une odeur complètement différente. Ainsi, contrôler précisément la stéréochimie est un objectif majeur de la chimie de synthèse. Pour y parvenir, les chimistes se sont tournés vers les catalyseurs, des substances qui permettent des réactions chimiques sans être elles-mêmes consommées ni transformées dans le processus, ce qui les rend réutilisables.
Réaliser ce variety de stéréocontrôle n’est pas une mince affaire. “En général, diriger les radicaux libres vers la stéréochimie souhaitée est très difficile”, a déclaré Yang. Les radicaux libres, une fois formés, n’interagissent pas étroitement avec le catalyseur. De in addition, ces radicaux sont essentiellement libres dans un autre sens : ils peuvent rapidement s’éloigner des sites réactifs potentiels.
Mais Yang et ses collaborateurs ont quelques tours dans leur sac : les métalloenzymes — des protéines naturelles avec un centre métallique réactif, capables de générer et de maîtriser ces radicaux libres pour des transformations sélectives.
“Moreover précisément, dans cet article, nous résolvons un problème dans ce domaine, à savoir remark contrôler l’addition stéréosélective d’une espèce radicalaire à un composé aromatique”, a déclaré Yang. “Le radical dans ce cas est dérivé d’un matériau de départ racémique.”
C’est là qu’intervient la chimie tridimensionnelle. “Racémique” signifie que le matériau est composé de proportions égales de molécules “gaucheres” et “droitières” (également appelées “chirales”) – des molécules asymétriques composées des mêmes atomes, donc chimiquement identiques, mais qui sont des photos miroir les unes des autres. Comme vos mains, vous pouvez les faire correspondre en termes de réflexion, mais vous ne pouvez pas les superposer de la même manière. Ce qui, dans des circonstances normales, poserait un problème aux enzymes.
“Les enzymes sont largement perçues comme des catalyseurs très spécifiques”, a déclaré Yang. “Si les enzymes sont si spécifiques, ce qui get there souvent dans la nature, alors l’enzyme ne peut reconnaître et convertir qu’une seule forme énantiomérique d’un composé chiral”, a déclaré Yang. “Et souvent, l’enzyme n’accepte pas son graphic miroir.
“Mais dans notre travail”, a poursuivi Yang, “nous avons conçu une enzyme qui peut accepter à la fois la forme gaucher et droitier du matériau de départ, puis convertir ces matériaux de départ en le même produit énantiomère majeur avec une excellente sélectivité.”
Dans leur write-up, les chercheurs ont utilisé une enzyme dépendante du fer pour produire des espèces radicalaires hautement réactives. Grâce à une évolution dirigée, ils ont conçu un ensemble d’enzymes ferreuses sélectives pour produire le produit gaucher ou droitier avec une excellente sélectivité. De furthermore, avec une troisième enzyme de “résolution cinétique”, les chercheurs peuvent convertir sélectivement le matériau de départ gaucher, en laissant intact le matériau de départ droitier.
“Nous avons donc une boîte à outils d’enzymes pour permettre différents kinds de stéréocontrôle pour la fonctionnalisation radicalaire des composés aromatiques”, a déclaré Yang. “Et pourtant ces enzymes ne diffèrent les unes des autres que par quelques mutations.” Yang espère que cette boîte à outils croissante de biocatalyseurs aidera les autres à mieux contrôler leur chimie 3D, un problème classique auquel les chimistes organiques continuent de faire confront.
“Nos métalloenzymes fournissent une answer potentiellement générale pour contrôler les sélectivités des radicaux libres”, a déclaré Yang. “Donc, ces remedies biocatalytiques que nous avons créées faciliteront, espérons-le, la synthèse et l’étude des composés chiraux dans les universités et l’industrie.”
