Réaction en tandem thiol-ène/oxydation par des Métallo-enzymes artificielles hétérogènes

Les nombreuses propriétés des sulfoxydes énantiopurs, en font un groupement fonctionnel de choix, autant pour l’industrie pharmaceutique que pour la synthèse asymétrique. Depuis le XXème siècle, plusieurs stratégies de leurs synthèses et de méthodologies catalytiques ont été décrites ; cependant, dans l’objectif d’une chimie durable, peu d’exemples en biocatalyse nous permettent aujourd’hui d’obtenir des sulfoxydes énantiopurs. Nous nous intéressons à faire évoluer les synthèses chimiques industrielles, notamment les réactions d’oxydation, vers une biocatalyse recyclable et inspirée du vivant. Notre projet repose sur la mise au point d’une réaction cascade par des enzymes comme solution innovante dans le cadre d’une chimie durable, permettant une économie de temps, d’atomes et d’énergie. La réaction visée consiste en la transformation d’un alcène en sulfoxyde, via deux réactions successives, une réaction d’hydrothiolation ou thiol-ène, souvent utilisée en chemobiologie, suivie par une sulfoxydation. Le challenge du projet réside dans le choix des catalyseurs et du mode de la catalyse, hétérogène, à savoir une catalyse inorganique dans des cristaux de protéines. Le but est de créer une catalyse hétérogène pour améliorer la stabilité des complexes, ainsi que pour compartimenter les deux catalyseurs afin d’éviter qu’ils interfèrent l’un avec l’autre. La démarche consiste alors à insérer dans des cristaux de protéines des complexes inorganiques comme site actif artificiel dans une protéine, NikA, une protéine de transport du Nickel, pour créer une métalloenzyme pour les deux réactions. Pour la mise en place de la réaction en tandem, deux ArMs sont créées, une pour chaque réaction, et vont être utilisées de façon concomitante. Les travaux de thèses ont conduit à la production de deux enzymes artificielles efficaces fonctionnant in cristallo pour chaque réaction, par l’insertion de complexes de vanadium pour la sulfoxydation énantiosélective et de fer pour la réaction d’hydrothiolation. Plusieurs complexes de vanadium originaux ont été synthétisés et leur stabilité en solution étudiée, leur localisation dans la protéine étant aussi déterminée. Un des résultats de ce travail est la démonstration de la versatilité de la protéine à stabiliser en son sein ces systèmes inorganiques. Une autre réalisation repose sur une catalyse efficace pour les deux réactions séparées. Les propriétés catalytiques des complexes originaux ont permis de les sérier et les meilleurs ont été impliqués dans la réaction tandem. Cette dernière partie a donné des résultats préliminaires prometteurs dans leurs versions hétérogènes, la sélectivité pour le sulfoxyde étant améliorée. Cette thèse a donc permis de valider le choix de cristaux de protéines comme support pour une catalyse hétérogène dans une réaction tandem, pour conduire à la sélectivité et la recyclabilité.