Insights into water coordination associated with the Cu(II)/Cu(I) electron transfer at a biomimetic Cu centre.

International audienceThe coordination properties of the biomimetic complex [Cu(TMPA)(H2O)](CF3SO3)2 (TMPA = tris(2-pyridylmethyl)amine) have been investigated by electrochemistry combined with UV-Vis and EPR spectroscopy in different non-coordinating media including imidazolium-based room-temperature ionic liquids, for different water contents. The solid-state X-ray diffraction analysis of the complex shows that the cupric centre lies in a N4O coordination environment with a nearly perfect trigonal bipyramidal geometry (TBP), the water ligand being axially coordinated to Cu(II). In solution, the coordination geometry of the complex remains TBP in all media. Neither the triflate ion nor the anions of the ionic liquids were found to coordinate the copper centre. Cyclic voltammetry in all media shows that the decoordination of the water molecule occurs upon monoelectronic reduction of the Cu(II) complex. Back-coordination of the water ligand at the cuprous state can be detected by increasing the water content and/or decreasing the timescale of the experiment. Numerical simulations of the voltammograms allow the determination of kinetics and thermodynamics for the water association-dissociation mechanism. The resulting data suggest that (i) the binding/unbinding of water at the Cu(I) redox state is relatively slow and equilibrated in all media, and (ii) the binding of water at Cu(I) is somewhat faster in the ionic liquids than in the non-coordinating solvents, while the decoordination process is weakly sensitive to the nature of the solvents. These results suggest that ionic liquids favour water exchange without interfering with the coordination sphere of the metal centre. This makes them promising media for studying host-guest reactions with biomimetic complexes

Nouvelles methodes d'alkylation regioselective d'orthoquinones originales : synthese de differentes classes de produits naturels quinoniques

SIGLECNRS T Bordereau / INIST-CNRS - Institut de l'Information Scientifique et TechniqueFRFranc

Nouveaux modèles supramoléculaires de cuproenzymes à site monotopique (type 2) dérivés de calix[6]arènes (étude du comportement spécifique de complexes mononucléaires du cuivre vis-à-vis de molécules biologiquement actives)

L'ORIGINE DE CE TRAVAIL PROVIENT DE LA CONSTATATION QUE LA PARTIE REACTIVE D'UNE METALLOENZYME EST UN LIGAND POSSEDANT, A PROXIMITE D'UN CENTRE METALLIQUE, UNE CAVITE HYDROPHOBE CAPABLE D'ACCUEILLIR UN SUBSTRAT ORGANIQUE ET DE FACILITER SA REACTION AVEC LE CENTRE ACTIF. POUR RECONSTITUER CES CARACTERISTIQUES, NOUS AVONS SYNTHETISE DES COMPLEXES BIOMIMETIQUES DU CUIVRE ET DU ZINC, BASES SUR DES CALIX[6]ARENES. PLUSIEURS NOUVEAUX LIGANDS MACROCYCLIQUES PORTEURS DE GROUPES AZOTES BIOMIMETIQUES (ET EN PARTICULIER PLUSIEURS COMPOSES HYDROSOLUBLES) ONT ETE SYNTHETISES. NOUS AVONS MONTRE QUE L'INTERACTION ENTRE UN CALIXARENE CORRECTEMENT FONCTIONNALISE ET UN ION METALLIQUE PERMET D'OBTENIR DES HOTES MOLECULAIRES POLYFONCTIONNELS CAPABLES D'INTERAGIR AVEC DES MOLECULES INVITEES COORDINANTES. L'ETUDE DE L'INFLUENCE DE LA SUBSTITUTION DU LIGAND SUR LES PROPRIETES DYNAMIQUES DES COMPLEXES RESULTANTS A PERMIS DE MONTRER L'IMPORTANCE DE LA FLEXIBILITE SUR LE CONTROLE DE LA REACTIVITE DE CES SYSTEMES. LE ROLE DE LA CAVITE HYDROPHOBE A ETE PLUS SPECIFIQUEMENT MIS EN EVIDENCE PAR LA SYNTHESE DE COMPLEXES ANALOGUES POSSEDANT UNE CAVITE DE TAILLE ET DE FORME VARIABLE: L'INFLUENCE DE CES CARACTERISTIQUES GEOMETRIQUES SUR LE COMPORTEMENT CINETIQUE ET THERMODYNAMIQUE DES RECEPTEURS A ETE QUANTIFIEE. DANS UNE AUTRE PARTIE NOUS AVONS DECRIT DES COMPLEXES A SPHERE DE COORDINATION MIXTE N2S, PARTICULIEREMENT PROCHE DE LEURS MODELES BIOLOGIQUES. NOUS AVONS MIS EN EVIDENCE L'INFLUENCE TRES SPECIFIQUE DU LIGAND SOUFRE SUR LA REACTIVITE DU CENTRE CUIVREUX VIS-A-VIS DE 02. ENFIN NOUS AVONS SYNTHETISE DES COMPLEXES HYDROSOLUBLES, GRACE A DES MODIFICATIONS PORTANT SUR LE GRAND COL DES CALIXARENES. DE CETTE MANIERE NOUS AVONS PU ETUDIER EN SOLUTION AQUEUSE DES COMPLEXES CUIVREUX ET ZINCIQUES ORIGINAUX CAR POSSEDANT UNE CAVITE HYDROPHOBE. ILS REPRODUISENT LES CARACTERISTIQUES ESSENTIELLES DE LEURS HOMOLOGUES ORGANOSOLUBLES, TOUT EN MONTRANT UNE REACTIVITE SPECIFIQUE, LIEE AU SOLVANT.THIS WORK WAS MOTIVATED BY THE FACT THAT THE REACTIVE PART OF MOST METALLOENZYMES CAN BE REDUCED TO A LIGAND POSSESSING A HYDROPHOBIC CAVITY IN THE VICINITY OF THE METAL CENTER. THIS POCKET SELECTS THE ORGANIC SUBSTRATE AND FACILITATES ITS REACTION WITH THE ACTIVE CENTER. IN ORDER TO MIMIC THESE CHARACTERISTICS, WE HAVE DESIGNED SOME SUPRAMOLECULAR CALIX[6]ARENE-BASED BIOMIMETIC COPPER AND ZINC COMPLEXES. THE SYNTHESIS OF A NUMBER OF NEW MACROCYCLIC LIGAND BEARING NITROGENOUS GROUPS IS DESCRIBED. SOME OF THEM ARE WATER-SOLUBLE SPECIES. WE HAVE SHOWN THAT THE INTERACTION BETWEEN THESE LIGANDS AND A METAL CENTER LEAD TO A NEW CLASS OF SUPRAMOLECULAR HOSTS ABLE TO RECOGNIZE SMALL COORDINATING GUEST MOLECULES. THE INFLUENCE OF THE HOST'S SUBSTITUTION PATTERN ON THE DYNAMIC PROPERTIES OF THE COMPLEXES HAS BEEN STUDIED, ENLIGHTENING THE DECISIVE ROLE OF THE FLEXIBILITY OF THE HOST. THE SPECIFIC FUNCTION OF THE HYDROPHOBIC CAVITY HAS BEEN INVESTIGATED THROUGH THE SYNTHESIS OF HOMOLOGOUS COMPLEXES POSSESSING CAVITY OF DIFFERENT SIZE AND SHAPE. THE INFLUENCE OF THESE GEOMETRIC FEATURES ON THE KINETIC AND THERMODYNAMIC PROPERTIES OF THE HOSTS HAS BEEN QUANTIFIED. IN ANOTHER SECTION, WE HAVE DESCRIBED SOME LIGANDS PRESENTING A HIGHLY BIOMIMETIC N2S COORDINATION SITE: WE HAVE SHOWN THAT THE SULPHUR LIGAND INDEED POSSESSES A SPECIFIC ROLE IN THE REACTIVITY OF THE CUPROUS COMPLEXES TOWARD 02. LASTLY, SOME MODIFICATIONS AFFECTING THE LARGE RIM OF THE CALIXARENE HAS ALLOWED US TO DESCRIBE A NEW CLASS OF WATER-SOLUBLE BIOMIMETIC COPPER AND ZINC COMPLEXES PRESENTING A HYDROPHOBIC CAVITY. THEY DISPLAY THE SAME HOSTING PROPERFIES AS THEIR ORGANO-SOLUBLE COUNTERPARTS, BUT ALSO POSSESS A SPECIFIC REACTIVITY ASSOCIATED WITH THE NEW SOLVENT.ORSAY-PARIS 11-BU Sciences (914712101) / SudocSudocFranceF

First C3v-symmetrical calix[6](aza)crown.

The first C(3v)-symmetrical calix[6](aza)crown 8 has been obtained in five steps from X(6)H(3)Me(3) 3. The key-step introduction of the triple bridge at the small rim has been achieved through reaction of a tris-arylsulfonamide derivative of tren 1 and tris-tosylcalix[6]arene 6. A (1)H NMR study has shown that the tripodal cap rigidifies the whole edifice, preventing ring inversion and constraining the calixarene core in a straight cone conformation.Journal Articleinfo:eu-repo/semantics/publishe

Nouveaux ligands biomimétiques dérivés de calix[6]arène (étude de la complexation du zinc et du cuivre et comparaison avec les systèmes naturels protéiques)

LES METAUX DE TRANSITION SONT DES ELEMENTS FONDAMENTAUX DES SYSTEMES VIVANTS. ILS ONT NOTAMMENT UN ROLE STRUCTUREL ET FONCTIONNEL DANS DE NOMBREUSES ENZYMES QUI CATALYSENT LES TRANSFORMATIONS CHIMIQUES DANS LES ORGANISMES. CES METALLO-ENZYMES SONT DIFFICILES A ETUDIER A CAUSE DE LEUR TAILLE IMPORTANTE ET DE LEUR FAIBLE DISPONIBILITE. L'ETUDE DE MODELES CHIMIQUES DE PLUS PETITE TAILLE PEUT PERMETTRE DE COMPRENDRE LEURS MECANISMES ET DE DEVELOPPER DE NOUVEAUX OUTILS POUR LE CHIMISTE. DANS LES ENZYMES, LE CENTRE METALLIQUE CATALYSANT LA REACTION EST SOUVENT ENFOUI AU COEUR DE LA PROTEINE. UN COULOIR D'ACCES HYDROPHOBE PERMET L'ACHEMINEMENT DU SUBSTRAT VERS LE SITE ACTIF. NOUS AVONS DEVELOPPE DE NOUVELLES VOIES DE FONCTIONNALISATIONS SELECTIVES DE CALIX[61ARENES POUR OBTENIR DES LIGANDS BIOMIMETIQUES DE TYPE N3, N4 ET N3ARO AFIN DE MODELISER LES ENZYMES MONONUCLEAIRES A ZINC ET A CUIVRE. CES LIGANDS REPRODUISENT LA SPHERE DE COORDINATION DU METAL DANS L'ENZYME ET LUI ASSOCIENT UNE CAVITE HYDROPHOBE POUVANT JOUER LE ROLE D'HOTE MOLECULAIRE POUR UN SUBSTRAT. LA COMPLEXATION DU ZINC(II), DU COBALT(II), DU NICKEL(II) ET DU CUIVRE(I) ET (II) A ETE ETUDIEE. CES NOUVEAUX LIGANDS STABILISENT DES COMPLEXES MONONUCLEAIRES DONT CERTAINS SONT D'EXCELLENTS MODELES STRUCTURAUX DE SITES ACTIFS D'ENZYMES. ILS SE COMPORTENT COMME DES RECEPTEURS DE MIOLECULES NEUTRES, CELLES-CI ETANT COMPLEXEES A L'INTERIEUR DE LA CAVITE DE LA CAVITE FORMEE PAR LE SQUELETTE DU CALIXARENE. UNE SELECTIVITE, FONCTION DE LA TAILLE, DE LA TOPOLOGIE ET DE LA NATURE DU SUBSTRAT A ETE MISE EN EVIDENCE. NOUS AVONS MONTRE QUE LA STABILITE ET LA REACTIVITE DE CES COMPLEXES EST DICTEE PAR DES INTERACTIONS SUPRAMOLECULAIRES. SIMILAIRES A CELLES RENCONTREES CHEZ LES ENZYMES. CES ETUDES ONT MONTRE L'INFLUENCE DE LA CAVITE HYDROPHOBE DU LIGAND SUR LA CHIMIE DE COORDINATION DU METAL ET DE METTRE EN EVIDENCE LES PRINCIPALES CARACTERISTIQUES DU CALIX[6]ARENE DANS LE ROLE D'ENTONNOIR MOLECULAIRE.TRANSITION METALS ARE ESSENTIAL IN BIOLOGICAL SYSTEMS. THEY HAVE A STRUCTURAL OR A FUNCTIONAL ROLE IN MANY ENZYMES THAT CATALYSE THE CHEMICAL PROCESS THAT TAKE PLACE IN LIVING ORGANISMS. THESE METALLO-PROTEINS ARE HUGE MOLECULES WITH A LOW AVAILABILITY. THESE CHARACTERISTICS MAKE THEM DIFFICULT TO STUDY. A GOOD CHEMICAL MODEL IS THUS A KEY TO THE UNDERSTANDING OF THE FUNDAMENTAL MECHANISMS OF THE CHEMISTRY INVOLVED IN THE CATALYTIC CYCLES AND THE DESIGN OF EFFICIENT AND NEW TOOLS FOR THE SYNTHETIC CHEMIST. IN ENZYMES, THE METAL RESPONSIBLE FOR THE CATALYSIS IS OFTEN BURIED DEEP INSIDE THE PROTEIN. A HYDROPHOBIC ACCESS CHANNEL ALLOWS THE SUBSTRATE TO GET INTO THE ACTIVE SITE. WE HAVE DEVELOPED NEW METHODS FOR THE SELECTIVE FUNCTIONALIZATION OF CALIX[61ARENE TO AFFORD A FAMILLY OF NEW N3, N4 AND N3ARO BIOMIMETIC LIGANDS. THEY MIMIC THE COORDINATION SET FOUND IN ACTIVE SITES OF MANY ZINC OR COPPER MONONUCLEAR ENZYMES AND PROVIDE A HYDROPHOBIC CAVITY THAT CAN ACTS AS A MOLECULAR HOST FOR THE SUBSTRATE. WE HAVE STUDIED THE COMPLEXATION OF ZINC(II), COBALT(II). NICKEL(II) AND COPPER(I) AND (II). THESE NEW LIGANDS STABILISE MONONUCLEAR COMPLEXES. SOME OF THEM BEING REMARKABLE STRUCTURAL MODELS OF ENZYME ACTIVE SITES. THEY BEHAVE AS RECEPTORS FOR NEUTRAL MOLECULES, THAT ARE INCLUDED INTO THE CAVITY PROVIDED BY THE CALIXARENE SKELETON. A SELECTIVITY THAT DEPEND ON THE SIZE, THE NATURE AND THE SHAPE OF THE GUEST WAS OBSERVED. WE SHOWED THAT THE STABILITY OF THESE COMPLEXES WAS DUE TO SUPRAMOLECULAR INTERACTIONS THAT REMIND THOSE FOUND IN NATURAL SYSTEMS. WE HAVE SHOWED HOW THE HYDROPHOBIC CAVITY OF THE LIGAND COULD INFLUENCE THE COORDINATION CHEMISTRY OF THE METAL AND WE HAVE HIGHLIGHTED THE MAIN CHARACTERISTICS OF THE CALIX[61ARENE USED AS A MOLECULAR FUNNEL.ORSAY-PARIS 11-BU Sciences (914712101) / SudocSudocFranceF

Modèles supramoléculaires de cupro-enzymes à site mononucléaire (synthèse, caractérisation et réactivité de complexes basés sur des calix[6]arènes)

L'objectif de cette thèse est de développer un système biomimétique de monoxygénases mononucléaires à cuivre basé sur unestructure de calix[6]arène. Le comportement de complexes cuivriques, issu d'une première génération de ligands, a été étudié en catalyse d oxydation. Cette étude a montré que les complexes possèdent une activité catalytique. Toutefois, ceux-ci n ont pas présenté de sélectivité particulière vis-à-vis des substrats testés.Une étude structurale a permis de montrer que ces ligands pouvaient stabiliser des complexes de nucléarités variées en présence de ligands anioniques pontants. L origine des diversités structurales est due à la forte flexibilité des ligands associée à la répulsion entre les ligands anioniques et le calixarène. Afin de protéger l'ion cuivrique du milieu extérieur, une nouvelle génération de ligands nommés calixcryptands a été développée. Les complexes du cuivre de 3 ligands calixcryptands présentant des propriétés électroniques différentes ont été étudiés. Les complexes cuivriques sont d'excellents récepteurs de molécules neutres. L'ion métallique est maintenu dans des géométries très similaires. Les complexes cuivreux issus de ces ligands ont présenté des comportements tout-à-fait singuliers notamment au niveaude leur affinité pour différentes molécules invitées (nitriles, CO, O2). L'étude de la réaction d'un complexe cuivreux avec le dioxygène s est révélée tout-à-fait originale. Celle-ci a conduit à la décoordination de l anion superoxyde et à l'oxydation du ligand. Cette étude préliminaire constitue le premier exemple d activation de l oxygène par un unique centre cuivreux.The goal of this thesis is to develop a biomimetic mononuclear system of copper monoxygenases based on a calix[6]arene structure. The behavior of cupric complexes, from a first generation of ligands, has been studied in oxidation catalysis. This study showed thatthese complexes have a catalytical activity. However, they did not present a particular selectivity towards the substrates tested.A structural study showed that these ligands could stabilize complexes of various nuclearities in presence of bridging anionic ligands. The cause of the structural diversity is due to the important flexibility of the ligands associated with the repulsion between the anionic ligands and the calixarene. In order to protect the cupric ion from the external medium, a new generation of ligands named calixcryptands has been developed.The copper complexes of 3 calixcryptand ligands presenting different electronic properties were studied. The cupric complexes are excellent receptors of neutral molecules. The metal ion of each complex is maintained in very similar geometries. The cuprous complexes resulting from these ligands presented very singular behaviors especially concerning their affinity for various guest molecules (nitriles, CO, O2). A cuprous complex had a very inusual reactivity towards dioxygen. This reaction led to the decoordinationof the superoxide and the oxidation of the ligand. This preliminary study constitutes the first example of oxygen activation by a single copper center.ORSAY-PARIS 11-BU Sciences (914712101) / SudocSudocFranceF

Models of metallo-enzyme active sites - Calixarenes and enzyme mimicry

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