Soutenance mémoire
Les lipases (EC 3.1.1.3) sont des biocatalyseurs très utilisées dans des réactions d’hydrolyses, estérification et transestérification, etc. Ce sont des catalyseurs très largement utilisés en synthèse organique en raison de leur stabilité et de leur activité en milieu solvant. De plus, elles présentent une grande chimio, régio et stéréosélectivité , ce qui en fait des outils très sollicités dans diverses industries chimiques et surtout pharmaceutiques où c’est l’énantiosélectivité des enzymes qui est recherchée. A ce titre, la recherche de moyens permettant d’améliorer la sélectivité des enzymes est d’actualité. Parmi ces moyens, les solvants peuvent jouer un rôle non négligeable dans ce sens. En effet, il est maintenant connu que la nature du solvant peut avoir une influence sur le fonctionnement de l’enzyme et particulièrement sur l’énantiosélectivité du biocatalyseur.
C’est dans ce cadre que s’inscrit notre présent travail qui est consacré à l’étude de l’influence des solvants organiques sur la transestérification énantiosélective du (±)-menthol par l’acétate de vinyle en présence de la lipase de Candida antartica B (CAL B).
L’action d’un solvant dans un milieu réactionnel est le résultat de différents types d’interactions entre ce dernier et les entités présentes dans le milieu réactionnel, à fortiori dans les réactions biocatalysées où ces interactions concernent en même temps le substrat et le biocatalyseur. Etant donné la complexité de ces interactions, nous avons décidé d’aborder cette problématique par une approche multiparamétrique quant à la nature des solvants. Pour ce faire, nous avons fait appel aux méthodes statistiques d’analyse des données et aux moyens informatiques de calcul afin de modéliser la relation entre l’énantiosélectivité à travers le facteur d’énantiosélectivité E et la nature du solvant à travers leurs descripteurs physicochimiques et moléculaires.
Applications des lipases en synthèse organique
Les enzymes d’une manière générale et les lipases en particulier, sont devenues des outils de choix pour le chimiste organicien. En raison de leur grande sélectivité et des conditions réactionnelles douces dans lesquelles elles opèrent, les enzymes sont maintenant incontournables, en particulier dans la synthèse de composés chiraux qui sont très demandés par l’industrie pharmaceutique. Par ailleurs, en raison principalement des restrictions de plus en plus fortes en matière de pollution et de protection de l’environnement, d’autres industries intègrent les biotechnologies dans leurs processus de production. Parmi les biocatalyseurs utilisés, les lipases constituent le groupe le plus important. Elles sont non seulement capables d’assurer leur fonction naturelle d’hydrolyse des esters, mais peuvent également catalyser des réactions de transestérification, d’estérification, d’interestériication et d’aminolyse, en milieu non aqueux. Ces propriétés, ajoutées au label « naturel » qu’elles confèrent aux produits issues des processus biotechnologiques, permettent de retrouver les lipases impliquées dans la synthèse de nombreux produits aussi variés que les médicaments, les biopolymères, le biodiesel, les arômes, etc .
REACTIONS EN MILIEU AQUEUX
Régiosélectivité
Parmi les nombreux travaux montrant la régiosélectivité des lipases , nous citerons ceux de Fernandez-Lorente et col , décrivant l’hydrolyse de sucres peracétylés en présence de différentes lipases. Ces auteurs ont montré que parmi les différentes lipases immobilisées sur un support d’octyl agarosa, seule la lipase de Candida rugosa (CRL) et la lipase de Pseudomonas fluorescens (PFL) ont pu montré, par hydrolyse régioselective du 1,2,3,5-tetraO-acetyl-β-D-ribofuranose 1, des activités notables .
REACTIONS EN MILIEU ORGANIQUE
Initialement les lipases ont été employées pour hydrolyser des esters en milieu aqueux, l’eau étant l’environnement naturel des enzymes. Cependant, l’utilisation de l’eau limitait le champ d’action des lipases en synthèse organique. En plus des problèmes de solubilités des substrats, elle doit être éliminée pour que l’équilibre thermodynamique soit en faveur de la formation des produits. Toutefois, une quantité minimale d’eau est nécessaire pour le maintien de la conformation active de l’enzyme. Parmi les avantages du travail en milieu organique, citons la récupération de l’enzyme pour de nouvelles utilisations et l’isolation aisée des produits réactionnels par simple filtration.
Notons enfin que la nature du solvant peut également influer autant sur l’activité que sur la sélectivité du biocatalyseur .
Régiosélectivité
Parmi les hydrolases, la lipase de Candida antartica B (CAL B) possède une grande régiosélectivité dans les réactions de biotransformations. Elle a été mise à profit pour désacyler des dérivés du 1,3-di-O-propanoylresorcinols substitué en position 4 (1) . L’alcoolyse du composé 1, donne régiospecifiquement le produit 2. La deuxième fonction ester n’est pas touchée en raison de certainement de l’encombrement stérique créé par le groupement R adjacent.
Stéréosélectivité
Une des plus importantes caractéristiques des biocatalyseurs est leur aptitude à différencier des énantiomères. Cette propriété des enzymes les place parmi les outils de choix tant en synthèse organique que dans le domaine de la biotechnologie . Dans ce contexte, de nombreux auteurs, ont montré que le comportement des enzymes, en termes d’activité et de sélectivité, pouvait être modifié par de nombreux facteurs . Parmi ceux-ci, le milieu réactionnel joue un rôle très important .
Il est très important de noter que la variation des solvants dans le cas de la résolution des racémiques, en présence des lipases peut avoir non seulement une influence sur la vitesse de la réaction mais aussi sur la sélectivité de l’enzyme . C’est dans ce contexte, que Cheng et col , ont décrit la sélectivité des lipases lors de l’estérification de l’acide (RS)-2-(4-chlorophenoxy) propionique 1, catalysée par la lipase de Carica papaya (CPL) en présence de solvants organiques. Cette réaction a été choisie comme modèle afin d’étudier l’influence de l’alcool et les solvants organiques sur la performance de la lipase .
Il a été montré que seule la nature de l’alcool et du solvant organique possèdent une influence sur l’activité enzymatique et l’énantiosélectivité de la lipase de Carica papaya (CPL). Pour les alcools R-OH, l’activité et la sélectivité de l’enzyme évoluent positivement avec l’encombrement stérique du groupement R de l’alcool. La nature du solvant, exprimée à travers le coefficient d’hydrophobicité LogP, a une influence sur le facteur d’énantiosélectivité E qui passe de 57, dans le cas du cyclohexane, à 87 lorsque c’est l’hexane ou l’isooctane qui sont employés comme solvant .
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Table des matières
Introduction générale
Première partie
Chapitre 1: Généralités sur les enzymes
1. Introduction
2. Structure des enzymes
3. Classification des enzymes
4. les hydrolases – cas des lipases
4.1. Mécanisme d’action des lipases
4.2. Aspect cinétique
4.2.1. Cinétique de Michaelis-Menten
4.2.2. Modélisation de l’énantiosélectivité
Chapitre 2 : Applications des lipases en synthèse organique
1. Introduction
2. Reactions en milieu aqueux
2.1. Régiosélectivité
2.1. Stéréosélectivité
3. Reactions en milieu organique
3.1. Régioselectivité
3.2. Stéréosélectivité
4. Effet du solvants
Deuxième partie
Chapitre 1 : Méthodes d’analyses statistiques utilisées
1. Analyse statistique univariee
2. Analyse statistique bivariee
3. Analyse statistique multivariee
3.1. Base théorique de la régression linéaire multiple
3.2. Méthodes de sélection des variables explicatives
3.3. Calcul des modèles
3.4. Validation des modèles calculés
Chapitre 2 : Influence des solvants organiques sur l’enantioselectivité de CAL B dans la résolution du menthol
1. Collecte des données
2. Analyse et resultats statistique
2.1. Analyse statistique univariée
2.2. Analyse statistique bivariée
2.3. Analyse statistique multivariée
MATERIELS ET METHODES
1. Matériels
1.1. Chromatographie en phase gazeuse (CPG)
1.2. Produits chimiques et enzymes
2. Méthodes
3. Techniques générales
3.1. Analyse qualitative par chromatographie sur couche mince
3.2. Séparation et analyse quantitative par chromatographie gazeuse
4. détermination des excès énantiomériques et de l’énantiosélectivité
4.1. Détermination des excès énantiomériques
4.2. Détermination de l’énantiosélectivité
CONCLUSION GENERALE
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES
