Composés phénoliques chez les végétaux

Composés phénoliques chez les végétaux

Acides hydroxybenzoïques

Ils sont dérivés de l’acide benzoïque et ont une formule de base de type C6-C1 (Figure 1) parmi lesquels les plus abondants dans le règne végétal sont les acides gallique, protocatéchique, vanillique et syringique.

Acides hydroxycinnamiques

Ils représentent une classe très importante dont la structure de base (C6-C3, Figure 1) dérive de celle de l’acide cinnamique. Dans cette subdivision, se trouvent les acides caféique, férulique, p-coumarique et sinapique. De plus, ces acides peuvent se trouver sous forme estérifiée, notamment, avec le glucose, l’acide quinique ou l’acide tartrique. Parmi eux, la famille des hydroxycinnamates regroupe principalement les esters des acides caféique, ferulique et p-coumarique avec l’acide quinique, mais également l’acide rosmarinique qui est un ester particulier de l’acide caféique et de l’acide 3-(3,4)-dihydroxyphényl-lactique.

Flavonoïdes

A coté des acides phénoliques, les flavonoïdes constituent le plus grand groupe de composés phénoliques naturels. Les flavonoïdes sont des molécules contenant 15 atomes de carbone organisés en configuration C6-C3-C6 (Figure 2). Le plus souvent, leur structure se compose de 2 cycles aromatiques A et B liés par un hétérocycle central C (Figure 2). C’est la structure de l’hétérocycle central et son degré d’oxydation (Figure 2) qui permet de distinguer les différentes classes de flavonoïdes. L’oxydation maximale de l’hétérocycle correspond aux anthocyanines.
En revanche, dans le cas des flavanes (flavanes 3-ols ou 3-flavanols comme la catéchine ; flavane-3,4-diols) le cycle central est très fortement réduit. A l’intérieur de chacune de ces catégories, les variations autour du squelette carboné de base en C15 portent principalement sur trois points : (i) le degré d’hydroxylation des différents cycles, (ii) le niveau de méthoxylation (groupements méthoxy, O-CH3 en substitution aux groupements hydroxyles) et (iii) le niveau de glycosylation.
En raison des caractéristiques structurales, qui lui sont propres et qui seront décrites dans le paragraphe suivant, chaque famille a une réactivité et un comportement spécifique qui déterminent leur efficacité en tant qu’antioxydant. A titre d’exemple, les composés les plus actifs de la famille des acides phénoliques sont les acides rosmarinique, chlorogénique, gallique, caféique et dihydrocaféique.
Caractéristiques structurales responsables de l’action antioxydante Afin de mieux comprendre comment les caractéristiques structurales des polyphénols conduisent à leur activité antioxydante, il est nécessaire d’examiner en premier lieu les principaux aspects mécanistiques de l’oxydation et plus particulièrement ceux des lipides. A ce sujet, il faut dire que l’oxydation des lipides insaturés est généralement une réaction en chaîne induite par les radicaux libres et comprenant trois étapes : (i) initiation, (ii) propagation et (iii) terminaison. (i) Initiation.Les lipides insaturés (LH) produisent des radicaux libres (L• ) par perte d’un hydrogène en présence de plusieurs initiateurs, parmi lesquels on peut citer la lumière, la chaleur, les peroxydes ou les hydroperoxydes et les métaux de transition (équation 1).

Propagation

En présence d’air à pression atmosphérique, les radicaux lipidiques réagissent avec l’oxygène moléculaire pour produire les radicaux lipoperoxyles LOO• (équation 2).Puis, ces radicaux ainsi formés (équation 2) réagissent avec le substrat lipidique (équation 3), avec pour conséquence la propagation de la réaction en chaîne.

Terminaison

En absence d’antioxydant les radicaux lipoperoxyles réagissent entre eux selon le mécanisme de Russell (équation 4).
En revanche, en présence d’un antioxydant (AOH), de type phénolique par exemple, la terminaison de la réaction s’effectuera par transfert d’hydrogène de l’antioxydant vers le radical lipoperoxyle (équation 5).
De plus, il est toujours possible que le radical phénoxyle issu de la réaction 5 puisse réagir avec un autre radical lipoperoxyle (équation 6) ou se dimériser (équation 7).
Finalement, les équations précédents montrent que le pouvoir antioxydant d’une molécule phénolique n’est pas lié exclusivement à sa capacité à céder un ou plusieurs atomes d’hydrogène, mais aussi à une très rapide stabilisation du radical phénoxyle, évitant de cette façon, d’éventuelles réactions de pro-oxydation. En conséquence, les questions à se poser par rapport aux caractéristiques intrinsèques
de ce type de composés sont :
– quelles sont les propriétés responsables du transfert de l’atome H phénolique vers un radical et comment le radical phénoxyle résultant se stabilise ?
– comment la nature du milieu impliqué dans les réactions d’oxydation influe sur la distribution de ces composés et donc sur leur activité antioxydante ?
Afin de répondre à ces questions, il est nécessaire d’aborder les aspects liés à la structure même des antioxydants et à leur répartition aux interfaces dans les milieux multiphasiques.

Caractéristiques structurales

D’un point de vue structural, les propriétés des polyphénols sont essentiellement celles du phénol lui-même. Elles sont cependant fortement modulées par les substituants typiques des noyaux phénoliques, en particulier ceux qui sont capables d’étendre la délocalisation électronique : substituants à effet mésomère donneur d’électrons (+M : parmi eux, les groupements OH et OCH3) ou attracteur d’électrons (-M : les groupes CO2H et CH=CH-CO2H). Ainsi, plus un composé aromatique est substitué par des groupements donneurs d’électrons, plus l’énergie de sa HOMO (orbitale moléculaire occupée de plus haute énergie) est élevée, et conjointement plus son potentiel d’ionisation est faible et plus son caractère réducteur est grand. Il peut alors subir une dissociation de son groupement hydroxyle qui conduit à la forme phénolate (AO- ) correspondante. Ce phénolate peut alors subir la perte d’un électron pour conduire au radical phénoxyle AO• . (Figure 3).

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Table des matières

Remerciements
Travaux relatifs à cette étude
Table des matières
Liste des abréviations
INTRODUCTION GÉNÉRALE
REVUE BIBLIOGRAPHIQUE
I. Composés phénoliques chez les végétaux
I.1. Acides phénoliques
I.1.1. Acides hydroxybenzoïques
I.1.2. Acides hydroxycinnamiques
I.2. Flavonoïdes
II. Caractéristiques structurales responsables de l’action antioxydante
II.1. Caractéristiques structurales
II.2. Phénomène interfacial
III. Méthodes pour la détermination de l’activité antioxydante
III.1. Méthodes indirectes ou non competitives
III.1.1. Méthode DPPH•
III.2. Méthodes compétitives
III.2.1. Mesure de produits d’oxydation
III.2.1.1. Titrage iodométrique des hydroperoxydes et peroxydes d’hydrogène
III.2.1.2. Mesure de diènes conjugués
III.2.1.3. Test à l’acide thiobarbiturique (TBA)
III.2.2. Mesure directe de la détérioration du substrat oxydable
III.2.2.1. Oxygen radical absorbance capacity (ORAC)
III.2.2.2. BODIPY
III.2.2.3. β-Carotène et Crocin bleaching
IV. Stratégies de synthèse pour les réactions de lipophilisation biocatalysées par des lipases
IV.1. Paramètres clés des réactions de lipophilisation biocatalysées par des lipases
IV.1.1. Influence du solvant
IV.1.2. Conditionnement de la lipase et activité thermodynamique de l’eau (aw)
IV.1.3. Influence du substrat et types de réactions mises en jeu
IV.2. Lipophilisation de dérivés phénoliques catalysée par des lipases
IV.2.1. Lipophilisation d’acides chlorogéniques et d’autres acides phénoliques issus d’extraits de café vert
IV.2.2. Lipophilisation d’autres acides et dérivés phénoliques
IV.2.3 Lipophilisation par voie enzymatique de flavonoïdes glycosylés
V. Propriétés antioxydantes des composés phénoliques lipophilisés
MATÉRIELS ET MÉTHODES
I. Matériels
II. Méthodes
II.1. Synthèse chimique des esters méthyliques des acides chlorogénique et rosmarinique
II.2. Suivi qualitatif des synthèses des esters des acides chlorogénique et rosmarinique par chromatographie sur couche mince (CCM)
II.3. Suivi quantitatif des synthèses des esters des acides chlorogénique et rosmarinique par
chromatographie liquide à haute performance (CLHP)
II.3.1. Calcul du rendement molaire des réactions d’estérification et de transestérification
II.3.2. Calcul de la vitesse initiale des réactions d’estérification et de transestérification
II.4. Solubilité des acides et des esters dans les alcools gras
II.5. Conditionnement de l’activité thermodynamique de l’eau (aw), de la lipase de Candida
antarctica B
II.6. Lipophilisation enzymatique des acides chlorogénique et rosmarinique et de leurs esters
méthyliques
II.7. Purification des esters lipophilisés de l’acide chlorogénique et rosmarinique
II.8. Identification par spectrométrie de masse des esters des acides chlorogénique et
rosmarinique
II.9. Mesure de l’activité antiradicalaire des esters lipophilisés des acides chlorogénique et
rosmarinique par la méthode DPPH•
II.9.1. Détermination par chromatographie liquide à haute performance couplée à un
spectromètre de masse (CLHP-SM) des produits d’oxydation obtenus après la réduction du
DPPH•
II.10. Détermination des coefficients de distribution (log P) des acides chlorogénique et
rosmarinique ainsi que de leurs esters
II.10.1. Détermination théorique des coefficients de distribution octanol/eau
II.10.2. Détermination expérimentale des coefficients de distribution octanol/eau
II.10.3. Détermination expérimentale du pourcentage d’antioxydant dans la phase continue
d’une émulsion huile dans l’eau
II.11. Détermination de la capacité antioxydante en utilisant le test des triènes conjugés
autooxydables (Conjugated autooxidyzable Trienes : CAT)
II.11.1. Composition et régiodistribution en acides gras par dérivation en esters méthyliques
II.11.1.1. Préparation des réactifs
II.11.1.2. Mode opératoire
II.11.1.3. Analyse par chromatographie en phase gazeuse
II.11.1.4. Régiodistribution des acides gras présents dans l’huile de tung
II.11.2. Elimination des tocophérols in situ dans l’huile de tung
II.11.3. Protocole du test des triènes conjugués autooxydables
II.11.3.1. Expression des résultats
RÉSULTATS ET DISCUSSION
I. Synthèses des dérivés lipophilisés des acides chlorogénique et rosmarinique
I.1. Synthèses des dérivés lipophilisés de l’acide chlorogénique en milieu fondu
I.1.1. Synthèses chimique du chlorogenate de méthyle
I.1.2. Évaluation de la solubilité de l’acide chlorogénique et de son ester méthylique
I.1.3. Estérification et transestérification de l’acide chlorogénique et de son ester méthylique
en milieu « fondu » catalysée par la lipase de Candida antarctica B
I.1.3.1. Effet du caractère hydrophobe de l’accepteur d’acyle sur la vitesse de formation des
produits
I.1.3.2. Effet de la quantité d’enzyme
I.1.3.3. Effet de la polarité du milieu réactionnel (longueur de chaîne de l’alcool)
I.1.3.4. Effet de l’activité de l’eau initiale
I.1.4. Caractérisation des esters gras de l’acide chlorogénique par spectrométrie de masse
d’ionisation par nébulisation opérant en mode de fragmentation négatif (SM-IPN)
I.2. Synthèse enzymatique des dérivés lipophilisés de l’acide rosmarinique en milieu fondu
I.2.1. Synthèse chimique du rosmarinate de méthyle
I.2.2. Estérification et transestérification de l’acide rosmarinique et de son ester méthylique en
milieu « fondu »
I.2.3. Caractérisation des esters lipophilisés de l’acide rosmarinique par spectrométrie de
masse d’ionisation par nébulisation opérant en mode de fragmentation négatif (SM-IPN)
I.3. Estérification chimique des acides rosmarinique et chlorogénique avec l’octadécanol et
l’eicosanol
I.4. Conclusion
II. Détermination des capacités anti-radicalaires des dérivés lipophilisés des acides
chlorogénique et rosmarinique
II.1. Comportement anti-radicalaire de l’acide chlorogénique et de ses esters déterminé par la méthode DPPH●
II.1.1 Détermination des paramètres cinétiques de l’acide chlorogénique et de ses esters selon
l’hypothèse d’un mécanisme de transfert d’atome d’hydrogène
I.1.2. Détermination des paramètres cinétiques de l’acide chlorogénique et de ses esters selon
l’hypothèse d’un mécanisme de transfert d’électrons
II.1.3 Analyses par CLHP-SM des produits de réaction obtenus après la réduction du radical
DPPH
II.1.4 Paramètres stationnaires de l’activité antiradicalaire de l’acide chlorogénique et de ses
esters
II.2 Comportement anti-radicalaire de l’acide rosmarinique et de ses esters déterminé par la
méthode DPPH•
II.2.1 Paramètres stationnaires de l’activité anti-radicalaire de l’acide rosmarinique et de ses
esters
II.3 Influence du nombre de structures catéchol
II.4 Conclusion
III. Détermination des propriétés antioxydantes en milieu hétérogène par le test des
triènes conjugués autoxydables
III.1. Évaluation des propriétés antioxydantes des dérivés lipophilisés de l’acide chlorogénique
par la méthode des triènes conjugués autoxydables (CAT)
III.1.1. Évaluation qualitative de la capacité antioxydante de dérivés lipophilisés de l’acide
chlorogénique
III.1.2. Évaluation de la capacité antioxydante des dérivés lipophilisés de l’acide
chlorogénique par la méthode CAT
III.1.3. Effet de la concentration en l’émulsifiant sur la distribution des antioxydants dans la
phase continue de l’émulsion
III.2. Évaluation de la capacité antioxydante des dérivés lipophilisés de l’acide rosmarinique par
la méthode de triènes conjugués autoxydables (CAT)
III.2.1 Evaluation quantitative de la capacité antioxydante des dérivés lipophilisés de l’acide
rosmarinique
III.3. Conclusion
CONCLUSION ET PERSPECTIVES
RÉFÉRENCES BIBLIOGRAPHIQUES