Nouveaux Systèmes Catalytiques Bio-inspirés – NCiS

Fondée sur des processus sélectifs, moins coûteux en énergie, et plus respectueux de l’environnement, la bio-catalyse a pris ces dernières années un essor considérable pour devenir un outil incontournable. Hautement stéréosélective et éco-compatible, la bio-catalyse permet en outre de concevoir des synthèses chimiques avec beaucoup plus d’efficacité. Jusqu’à présent la biocatalyse a principalement impliquée l’utilisation d’enzymes. Celles-ci disposent en effet d’un site actif qui constitue un micro-environnement dans lequel des réactions peuvent avoir lieu grâce à des interactions intermoléculaires ou encore grâce à des complexations avec des métaux (métalloenzymes). Ainsi, de nombreuses enzymes permettent, par exemple, d’améliorer la cinétique de certaines réactions ou encore d’induire de la chiralité.
La bio-catalyse n’est cependant pas exclusivement réservée aux enzymes. Il existe, en effet, d’autres biomolécules capable de catalyser des transformations chimiques, comme l'ARN par exemple. Le but de ce projet est de développer de nouvelles méthodologies de catalyse asymétrique faisant intervenir l’ADN comme inducteur de chiralité.
En effet, l’ADN est une macromolécule naturelle chirale qui, tout comme les enzymes, à la capacité de s’organiser. Ainsi, la structure en forme de double hélice de ce bio-polymère lui confère la capacité de jouer le rôle d’inducteur de chiralité. Or, malgré ces avantages, on ne dénombre à ce jour que quelques exemples de transformations stéréosélectives impliquant l’utilisation d’ADN. Par ailleurs, la grande majorité de ces exemples concerne de la catalyse au cuivre (II).
Dans le cadre de ce projet, nous nous proposons d’étendre ce concept à d’autres métaux de transition, tels que l’iridium et le rhodium, en développant de nouveaux bio-catalyseurs spécifiques à ces métaux. Ces outils chimiques nous permettront 1) d’étudier plusieurs réactions de catalyse asymétriques, 2) de mettre au point des synthèses à la fois efficaces et modulables de ligands non-covalent de l’ADN et 3) d’étudier l’influence de la nature (séquence GC-riche ou AT-riche) et de la structure (L-ADN et a-ADN) de l’ADN.
Les bio-catalyseurs que nous nous proposons de synthétiser sont des catalyseurs bifonctionnels pro-chiraux constitués d’un complexe non-chiral lié à un intercalant de l’ADN capable d’amener de manière non-covalente le complexe à proximité du micro-environnement chiral de l’ADN.
L'approche bio-inspirée décrite dans ce projet de synthèse de nouveaux bio-catalyseurs multifonctionnels, permettra de disposer d'une très grande flexibilité dans la réalisation de ces nouveaux catalyseurs hybrides. En outre cette approche permettra d'ajuster les caractéristiques structurales des complexes utilisés grâce à un choix judicieux du ligand et une conception adaptée du bras espaceur, et d’identifier les espèces les plus à même d’utiliser la chiralité de l’ADN en catalyse asymétrique.
Ce projet pluridisciplinaire implique une équipe de chimiste de synthèse ainsi qu’une équipe de chimiste biomoléculaire spécialisé dans la synthèse et l’étude des acides nucléiques. C’est un projet ambitieux qui se place dans un cadre de compétition internationale ou la France n’est pas représentée pour le moment.