Elaboration des chélatants spécifiques du cation Pb(II) utilisables contre le saturnisme: théorie, modélisation in silico, synthèse et caractérisations physicochimiques – SATURNIX

Les intoxications au plomb - saturnisme - chroniques ou aigues sont en nette diminution dans les pays occidentaux mais ce problème de santé publique continue à se poser du fait de la présence de peintures anciennes (céruses) dans les habitats non rénovés. Le saturnisme, en particulier le saturnisme infantile, garde donc son actualité et ce d'autant plus que l'essence plombée continue à être utilisée dans certains pays émergents où les industries minières ou métallurgiques ne sont de plus pas toujours soumises aux règles strictes sur les rejets de métaux lourds dans l'environnement. La situation est particulièrement préoccupante en Asie. Le traitement des intoxications saturnines est délicat. La technique de chélation utilisée consiste en l'administration d'agents complexants chargés de capter le plomb dans l'organisme afin qu'il puisse en être excrété. Cependant, il n'existe pas aujourd'hui de chélatants spécifiques du plomb : les molécules utilisées ne présentent pas de coordination sélective et extraient également d'autres cations métalliques, nécessaires, eux, au métabolisme (fer, zinc, calcium). L'objectif de ce projet est de proposer infine des chélatants plus spécifiques. La recherche raisonnée de ces entités doit évidemment reposer sur la connaissance fine de la chimie de coordination du cation Pb2+. La bibliographie relative à la physicochimie moléculaire du plomb, et plus encore à celle du saturnisme, est maigre : les connaissances expérimentales sont éparses, même le nombre d'hydratation du plomb(II) est incertain.Un premier pas dans l'étude théorique systématique des propriétés de coordination de ce cation a été franchi récemment. Il a été montré comment la substitution par Pb2+ d'un cation natif de métalloprotéines (en l'occurrence Zn2+ ou Ca2+) perturbe la structure du site actif en le distordant, voire en décoordinant un ligand. Dans le cas de sites à Zn2+, la sphère de coordination du cation natif tétracoordiné, initialement holodirigée, devient tricoordinée et hémidirigée de manière à permettre l'émergence ou la directionnalisation de la paire libre 6s2 du cation Pb2+. Cette constatation théorique fournit peut-être une clé dans la recherche d'un chélatant spécifique de Pb2+. En effet, les autres cations métalliques dont la complexation doit être évitée (Zn2+ et Ca2+ en particulier) ne présentent pas cette propriété de directionnalisation de leur couche électronique externe. Fortes de cette nouvelle connaissance, se sont alliées quatre équipes expertes : chimie théorique & modélisation moléculaire, synthèse organique & chimie de coordination. Le projet proposé repose donc sur une recherche de chélatants guidée par les approches multiéchelles de la chimie quantique ou de la modélisation moléculaire. Deux familles de composés seront étudiées : d'une part des calix[6]arènes chapeautés par des ligands hexadentes et d'autre part des ligands polycycliques tridentes accessibles par synthèses hyperbares. Ces deux familles présentent des sites modulables favorisant la directionalisation de la paire libre 6s2. Dans ces deux cas, la chimie théorique et la mécanique moléculaire pourront fournir d'intéressantes prévisions quant aux propriétés chélatantes de ces espèces et aux modifications à y apporter pour renforcer telle ou telle propriété (longueurs de chaînes, choix des hétéroatomes, rôle des substituants). Les propriétés spectroscopiques de tels systèmes seront également modélisées. Même si les résultats escomptés concernent des chélatants spécifiques de Pb2+, rien n'empêchera de tester la sélectivité vis-à-vis d'autres métaux toxiques (Cd2+, Hg2+). De façon tout aussi fondamentale,l'étude devrait également donner lieu à des développements méthodologiques (traitement des métaux par la mécanique moléculaire), à de nouvelles voies de synthèse reposant par exemple sur la chimie hyperbare, ou encore au développement de d'approches permettant de fonctionnaliser des calixarènes.