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Synthétiser une molécule énantiomériquement pure sans utiliser de molécule chirale

 

La synthèse des acides alpha-aminés(1) constitue un défi en soi au vu de leur bio-activité potentielle. Dans cette quête, les chercheurs de l’ICMMO(2) (CNRS / Université Paris Sud) ont proposé un procédé unique de synthèse asymétrique absolue, c’est-à-dire la synthèse d’un produit énantiomériquement pur, sans utiliser de réactif chiral. Le secret de cette prouesse réside dans une méthode que les chercheurs ont perfectionnée : utiliser des cristaux chiraux de molécules achirales. Ces travaux, qui pourraient constituer une stratégie incontournable de ce champs de recherche, sont parus dans la revue Angewandte Chemie International Edition en avril 2012.

 

De nombreuses substances naturelles sont chirales (non superposables à leur image dans un miroir plan) et présentes dans notre environnement sous la forme d’un seul énantiomère (l’une des deux images miroir). Ainsi, dans le vivant, les sucres appartiennent à la série D et les acides aminés à la série L, l’origine de cette sélection faisant d’ailleurs toujours l’objet de recherches importantes. De cette non symétrie du vivant résultent des propriétés biologiques différentes pour les deux énantiomères. Certains exemples de médicament ont tristement démontré qu’un énantiomère pouvait avoir des effets bénéfiques sur la santé et que l’autre au contraire, pouvait causer des troubles très graves. Le chimiste se doit donc de réaliser des synthèses asymétriques pour n’obtenir qu’un seul énantiomère.

Un défi de la chimie organique est de synthétiser un seul énantiomère sans utiliser de molécule chirale, ni comme réactif, ni comme catalyseur, ni comme solvant, à l’instar de la nature. En effet, celle-ci  a problablement réalisé très bien des synthèses asymétriques absolues avec les acides aminés : ils sont énantiomériquement purs alors qu’aucune chiralité ne semblait exister en amont.

Les chercheurs de l’équipe « chimie des procédés et substances naturelles » de l’ICMMO ont relevé ce défi pour accéder à des acides alpha-aminés non naturels, composés riches d’applications biologiques potentielles. Leur stratégie a consisté en l’emploi d’une propriété particulière de certains composés achiraux : cristalliser dans une conformation chirale, non symétrique, cette chiralité du solide étant perdue plus ou moins rapidement lorsque le composé est remis en solution. C’est cette brisure de symétrie qui a été utilisée pour induire une réaction asymétrique, réalisée de façon rapide à basse température en solution, afin de limiter la perte de chiralité : un mélange de réactifs et de solvants est additionné sur un cristal chiral, très finement broyé, et ainsi, dès leur passage en solution, la réaction désirée (déprotonation puis alkylation) se produit de façon asymétrique, avant la perte de chiralité du solide. Après quelques étapes, un acide aminé non naturel a ainsi été obtenu sous la forme d’un seul énantiomère. Cette stratégie avait déjà été employée par d’autres groupes mais son application demeurait très limitée, les principaux exemples appartenant au domaine de la photochimie. Ici, il s’agit d’une réaction complexe, en deux étapes et donnant accès à des composés non pas exotiques mais potentiellement biologiquement actifs. Afin de rendre cette réaction applicable en synthèse, l’équipe a utilisé des méthodes de croissance cristalline,pour avoir un cristal initial de taille importante (voir photo) et sans défaut. Elle a également réussi à trier les cristaux, faisant ainsi écho aux travaux de Pasteur, de manière à choisir le cristal initial adéquat (déviant le plan de la lumière polarisée vers la droite ou vers la gauche) pour obtenir en fin de synthèse un acide aminé de configuration absolue désirée.

Ces résultats montrent que l’on peut envisager des réactions complexes dans le domaine de la synthèse asymétrique absolue et ouvrent donc la voie à de nouvelles approches faisant l’économie de matériel chiral.

 

(1) Un acide aminé se caractérise par deux groupements fonctionnels : un groupe amine (-NH2) et un groupe carboxyle (-COOH). Les acides alpha-aminés, qui possèdent un groupement fonctionnel supplémentaire (H2N–CHR–COOH), jouent un rôle fondamental en biochimie comme constituants élémentaires des protéines?.

(2) L’Institut de Chimie Moléculaire et des Matériaux d’Orsay

 

©ICMMO

 

©ICMMO

 

Référence

Thi Thoa Mai, Mathieu Branca, Didier Gori, Régis Guillot, Cyrille Kouklovsky, Valérie Alezra

Absolute asymmetric synthesis of tertiary alpha-amino acids

Angewandte Chemie International Edition, 2012, 51, 4981-4984.  ( doi : 10.1002/anie201200950 )

 

Contact chercheur 

 

Valérie Alezra, Institut de Chimie Moléculaire et des Matériaux d’Orsay
Courriel : valerie.alezra@u-psud.fr
Tél : 01 69 15 76 50

 

Contacts institut

Christophe Cartier dit Moulin, Jonathan Rangapanaiken

 

22 mai 2012

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