Processus énantiosélectifs dans des complexes à liaisons hydrogène

La chiralité joue un rôle très important dans la chimie du vivant. En effet, la plupart des molécules biologiques sont chirales. Le processus de reconnaissance moléculaire par lequel une molécule chirale différentie entre les deux énantiomères d une autre molécule chirale est l un des processus fondamentaux dans les systèmes vivants. La discrimination chirale met en jeu des interactions spécifiques à travers la formation de paires de contact diastéréoisomères en phase condensée. Le sujet de ce travail de thèse est d étudier ces interactions énantiosélectives à l échelle moléculaire, en étudiant en phase gazeuse des complexes chiraux formés en jet supersonique. Le principe de l expérience repose sur la complexation d une forme énantiomère pure d un chromophore avec les deux énantiomères d un solvant chiral. Les diastéréoisomères ainsi formés possèdent deux structures différentes. Cette différence de structure se manifeste par deux signatures spectroscopiques différentes. La combinaison de la spectroscopie laser (électronique et vibrationnelle) et des calculs théoriques permet d étudier les interactions responsables de la discrimination chirale. Ce travail de thèse consiste en l étude de la discrimination chirale de deux énantiomères du Méthyl-lactate, en utilisant trois chromophores chiraux différents : le (+-)-cis-1-amino-indan-2-ol ; le Méthyl-mandélate et le S(-) 1,2,3,4-tetrahydro-3-isoquinoléine méthanol. Ces trois systèmes nous ont permis d étudier le rôle dans la discrimination chirale de trois facteurs importants qui sont : la formation des multiples liaisons hydrogène, les forces dispersives et l isomérie conformationnelle.Chirality plays a very important role in life chemistry. Indeed, most biological molecules are chiral. The molecular recognition process, by which a chiral molecule differentiates between the two enantiomers of another chiral molecule, is one of the fundamental processes in the living systems. In condensed phase, chiral discrimination rests on specific interactions through the formation of diastereoisomeric contact pairs. The topic of this work is to study enantioselective interactions at a molecular scale, by studying jet-cooled chiral complexes. The principle of the experiment consists in complexing an enantiopure chromophore with the two enantiomers of a chiral solvent. The formed diastereoisomers have two different structures. This structure difference manifests itself by two different spectroscopic signatures. The combination of laser spectroscopy (electronic and vibrationnal) and of theoretical calculations allows studying the interactions responsible for chiral discrimination. This thesis work consists in the study of the chiral discrimination between the two enantiomers of Methyl-lactate, by using three different chiral chromophores: (+-)-cis-1-amino-indan-2-ol; Methyl-mandelate and S (-) 1,2,3,4-tetrahydro-3-isoquinoline-methanol. These three systems allowed us to study the role of three important factors in chiral discrimination: multiple hydrogen bonds, dispersive forces and conformational isomerism.ORSAY-PARIS 11-BU Sciences (914712101) / SudocSudocFranceF

Etude par spectroscopie de double résonance IR-UV de complexes à liaisons hydrogène formés en jet supersonique (application aux interactions énantiosélectives)

La discrimination chirale joue un rôle fondamental dans la chimie du vivant. Elle implique des interactions spécifiques à travers la formation de paires de contact diastéréoisomères, souvent de nature transitoire. La technique du jet supersonique permet de stabiliser en phase gazeuse ces espèces peu liées. La combinaison de la spectroscopie laser (fluorescence induite par laser et double résonance IR-UV) et de calculs DFT permet de caractériser ces systèmes et d'étudier à l'échelle moléculaire les forces impliquées dans la reconnaissance chirale. Les complexes diastéréoisomères formés présentent des interactions différentes. Les déplacements spécifiques des transitions électroniques et vibrationnelles sont utilisés pour caractériser spectroscopiquement les complexes.Le travail réalisé consiste à former des complexes entre un chromophore chiral le (R/S)-2-naphtyl-1-ethanol et différentes sortes de solvants. Dans une première partie, nous nous sommes intéressés à des systèmes modèles constitués du chromophore et d'une ou deux molécules de méthanol ou d'eau.La seconde partie du travail met en jeu des molécules bifonctionnelles (amino-alcool ou hydroxy-ester) chirales. Ces études ont pumettre en évidence la diversité des structures observées, les liaisons hydrogène impliquées et leur rôle dans la préférence énantiomérique. On a observé entre autre dans le cas des amino-alcools une énantiosélectivité dans le type de liaison hydrogène formée (OHN ou OHO). Les complexes formés entre le chromophore et les hydroxy-esters montrent quant à eux une énantiosélectivité qui se manifeste au niveau de la taille des agrégats.Chiral discrimination plays a fundamental role in life chemistry. Specific interactions are involved in transient diastereoisomeric contact pairs. Supersonic jet expansion allows the stabilisation in gas phase of these weakly bonded systems. Laser spectroscopy (Laser Induced Fluorescence and double resonance IR-UV spectroscopy) combined with Density Functional calculations are employed to characterise these systems and to study, at the molecular level, the forces involved in the chiral recognition. The experiments consist in the complexation of a chiral fluorescent chromophore ((R/S)-2-naphtyl-1-ethanol) with different sort of solvent. The interactions at play in diastereoisomers induce a different stabilisation of the excited and fundamental states relatively to the bare chromophore. Specific shifts of the electronic and vibrational transitions are used to characterise the systems. In the first part of this work, we study simple systems made of the chromophore and one or two molecules of methanol or water. The second part deals with bifunctional (amino-alcools and hydroxy-esters) chiral molecules. We show the diversity of the observed structures and the role of the hydrogen bonds in the enantiospecificity. The complexes with amino-alcools, show a pronounced enantioselectivity in the formation of the hydrogen bond (OHN or OHO). In the case of complexes with hydroxy-esters, chiral discrimination takes place at a stoechiometric level.ORSAY-PARIS 11-BU Sciences (914712101) / SudocSudocFranceF

Chiral recognition in neutral and ionic molecular complexes

L'objectif principal de cette thèse est l étude spectroscopique de molécules ou de complexes portant plusieurs centres chiraux en phase gazeuse, pour comprendre les effets de la stéréochimie sur leurs propriétés structurales. Des alcaloïdes dérivés de la Cinchonine ont été introduits intacts en phase gazeuse par ablation laser. Ils ont été étudiés en combinant un jet supersonique avec de la spectroscopie laser. Les deux pseudo-énantiomères Quinine et Quinidine ont montré des spectres électroniques et vibrationnels similaires, en accord avec leur structure similaire. Leurs propriétés en solution diffèrent davantage, comme le montrent les expériences de dichroïsme circulaire vibrationnel (VCD). Cette différence est encore plus marquée dans l Hydroquinine et l Hydroquinidine. Enfin la reconnaissance chirale a été étudiée dans des complexes ioniques dans un piège à ions. La stabilité des complexes formés entre S-camphre et les R et S-Alanine protonées indique une préférence homochirale. Cependant, l'énergie d'interaction calculée ainsi que les spectres IRMPD dans la région des empreintes digitales sont identiques. Le rôle des conformères plus hauts en énergie dans la reconnaissance chirale a été discuté.The main objective of this thesis is a spectroscopic study of molecules or complexes bearing multiple chiral centres in the gas phase, to understand the effects of stereochemistry on their structural properties. Neutral cinchona alkaloids have been introduced intact in gas phase by laser-ablation. They have been studied by combining supersonic expansion with laser spectroscopy. The two pseudo-enantiomers Quinine and Quinidine show similar electronic and vibrational spectra, in line with similar structure. Their properties in solution differ more, as shown by Vibrational Circular Dichroism (VCD) experiments. This difference is further enhanced in Hydroquinine and Hydroquinidine. Lastly chiral recognition has been studied in ionic complexes in an ion trap. A homochiral preference has been shown in the stability of the complexes formed between S-Camphor and R and S protonated Alanine. However, the calculated interaction energy as well as the IRMPD spectrum in the fingerprint region are identical. The role of higher energy conformers in chiral recognition has been discussed.PARIS11-SCD-Bib. électronique (914719901) / SudocSudocFranceF

Chiral recognition in jet-cooled complexes of (1R,2S)-(+)-cis-1-amino-2- indanol and methyl lactate: On the importance of the CH⋯π interaction

No commentInternational audienceComplexation between (1R,2S)-(+)-cis-1-amino-2-indanol (AI) and the two enantiomers of methyl lactate has been studied by means of laser-induced fluorescence, resonance-enhanced two-photon ionisation, and IR-UV double resonance spectroscopy, in the region of 3 μm. Two isomeric complexes have been spectroscopically characterised for each diastereoisomer. Comparison with ab initio calculations shows that the most stable form is an insertion structure, common to the two diastereoisomers, in which the OH group of methyl lactate inserts into the intramolecular bond of AI. This structure shows almost no chiral discrimination. A secondary structure has been observed, which is specific to each enantiomer. It involves a main hydrogen bond from the OH group of methyl lactate to AI together with weaker hydrogen bonds, which depend on chirality. The enantioselectivity in the hydrogen bond topology is due to a weak stabilizing CH⋯π interaction, involving the CH located on the asymmetric carbon of methyl lactate, which can be obtained for one of the enantiomers only

Can the Partial Peptide SIVSF of β 2 -Adrenergic Receptor Recognize Chirality of Epinephrine Neurotransmitter?

International audienc

CHIRAL RECOGNITION IN NEUTRAL AND IONIC MOLECULAR COMPLEXES

Author Institution: CNRS, Institut des Sciences Moleculaires d'Orsay (ISMO), UMR 8214, Orsay F-91405, and Univ. Paris-Sud, Orsay F-91405, FranceThe behaviour of chiral molecules in the gas phase have been studied. The two pseudoenantiomers of Quinine, have been put intact in the gas phase using laser ablation and characterized using different spectroscopic techniques such as REMPI, LIF, IR-UV double resonance. VCD measurements have been performed in solution. From this comparative study one can conclude that the pseudoenantiomers behave differently both in gas phase and in solution}

Dans le sillage de la physico-chimie sous rayonnements : vers l’institut des sciences moléculaires d’Orsay

Cet article évoque le cheminement qui a conduit une partie de la communauté scientifique d’Orsay, dès 1960, de la chimie sous rayonnements à la physique des collisions atomiques et moléculaires et à la photophysique, pour aboutir à la création, en 2010, de l’institut des sciences moléculaires d’Orsay, aujourd’hui organisé selon trois grands pôles : la physique moléculaire, les nanosciences, la physique pour la biologie. Si la personnalité des pionniers a joué un rôle essentiel dans l’établissement des concepts, les avancées techniques et les découvertes fortuites ont eu leur importance.This article evokes the pathway which, since 1960, has led a part of the scientific community at Orsay, from radiation chemistry to atomic and molecular collision physics and photophysics, resulting, by intensifying exchanges, in the creation of the Institute for Molecular Sciences at Orsay, presently organized along three main centers of expertise: molecular physics, nanosciences, physics for biology. If the pioneers’ personal qualities have played a major role in the establishment of concepts, technical advances and fortuitous discoveries have made important contributions

Setting up the HyDRA blind challenge for the microhydration of organic molecules

The procedure leading to the first HyDRA blind challenge for the prediction of water donor stretching vibrations in monohydrates of organic molecules is described. A training set of 10 monohydrates with experimentally known and published water donor vibrations is presented and a test set of 10 monohydrates with unknown or unpublished water donor vibrational wavenumbers is described together with relevant background literature. The rules for data submissions from computational chemistry groups are outlined and the planned publication procedure after the end of the blind challenge is discussed

Structural Characterization of the UV-Induced Fragmentation Products in an Ion Trap by Infrared Multiple Photon Dissociation Spectroscopy

Protonated cinchona alkaloids and their dimers undergo photochemical reaction in the gas phase, leading to UV-specific photofragments, not observed by collision-induced dissociation. Simultaneous coupling of UV and IR lasers with a Paul ion trap has been achieved for obtaining the vibrational spectrum of the fragments arising from the photodissociation. The structure of the photoproduced radical has been fully characterized by comparing the experimental spectrum to that simulated by DFT calculations