Rmn du deuterium en abondance naturelle en milieu oriente chiral et achiral : une nouvelle approche analytique pour la détermination du fractionnement isotopique site-spécifique d'acides gras

par Zeinab Serhan

Thèse de doctorat en Chimie

Sous la direction de Philippe Lesot.

Soutenue le 21-12-2011

à Paris 11 , dans le cadre de Ecole doctorale Chimie de Paris-Sud , en partenariat avec Equipe de RMN en milieu orienté (Orsay) (laboratoire) .

Le président du jury était Eric Guittet.

Le jury était composé de Philippe Lesot, Eric Guittet, Hassan Oulyadi, Gérald Remaud, Isabelle Billault.

Les rapporteurs étaient Hassan Oulyadi, Gérald Remaud.


  • Résumé

    La spectroscopie RMN 2D du deutérium en abondance naturelle (DAN) en utilisant les cristaux liquides chiraux comme solvant de RMN est une méthodologie efficace pour deux raisons: i) l’interaction quadrupolaire (interaction RMN sensible à l’ordre orientationnel des molécules et spécifique aux noyaux de spin I>1/2) n’est plus nulle en moyenne comme dans les liquides; ii) la chiralité du milieu permet de discriminer spectralement des énantiomères (molécule chirale) ou des directions énantiotopes (molécule prochirale). L'objectif principal de ce travail de Thèse était d'explorer le potentiel analytique de cette technique pour analyser le fractionnement isotopique naturel deutérium dans le cas d’ester d’acides gras saturés (AGS) et (poly)insaturés (AGI). Le but ultime de ce travail est de fournir de nouvelles informations (de nature stéréochimique) pour améliorer la compréhension de certains mécanismes enzymatiques impliqués au cours de leur biosynthèse. Dans ce contexte, nous avons montré que l'utilisation de solutions organiques orientées de polypeptides (mésophases chirales) utilisant des co-solvants polaires comme le DMF ou la pyridine (Py) fournissait les meilleurs résultats en termes d’(énantio)discrimination spectrale (nombre de sites et amplitude) sur la base des déplacements chimiques et des éclatements quadrupolaires du deutérium. Ainsi, la mésophase chirale (PBLG/Py) a été utilisée avec succès pour analyser les AGI comme le linoléate de méthyle (C18), pour lequel nous avons pu mesurer l'excès énantio-isotopomèrique (eei) au niveau de chaque site méthylène de la molécule. Pour la première fois, d'importantes informations relatives à la stéréochimie des mécanismes enzymatiques, inaccessibles par la méthode conventionnelle SNIF-NMR®, ont été déterminées. La même méthodologie impliquant la mésophase achirale (PBG/Py) et chirale (PBLG/Py) s’est révélée également être un excellent outil pour l'analyse des SAFA sous leur forme libre (C14 à C18) ou sous leur forme de triglycérides (3*C4 et 3*C14). L'attribution des doublets 2H détectés sur les spectres RMN 2D anisotropes des SAFA a été confirmée par l'élaboration d'un modèle théorique capable de prédire le comportement orientationnel de ces molécules flexibles. Comme exemple illustratif, la méthode a été appliquée pour étudier les mécanismes enzymatiques convertissant le linoléate en vernoléate dans deux plantes différentes. Enfin, pour améliorer la compréhension des interactions «soluté-polypeptide» impliquées dans les mécanismes d'orientation et d’énantio-discrimination, nous avons étudié par RMN 2D DAN, l'évolution des paramètres d'ordre (matrice de Saupe) de deux molécules prochirales, rigides et apolaires dissoutes dans une mésophase chirale préparée en mélangeant deux polypeptides de même stéréochimie (L), mais dont la nature chimique des chaînes latérales est différente, en fonction de leur proportion massique respective.

  • Titre traduit

    Natural abundance deuterium NMR in chiral and achiral oriented media : a new analytical approach for determining the site-specific isotopic fractionation of fatty acids


  • Résumé

    Natural abundance deuterium (NAD) 2D-NMR spectroscopy using (a)chiral liquid crystals as NMR solvent is a powerful method for two reasons: i) the quadrupolar interaction (an order-sensitive NMR interaction specific to spins I > ½) is not averaged to zero anymore as in liquids; ii) the chirality of medium allows enantiomers (chiral molecule) or enantiotopic directions (prochiral molecule) to be spectrally discriminated. The main objective of this Thesis work was to explore the analytical potential of this technique to analyze the natural distribution of deuterium in the case of esters of saturated fatty acids (SAFA) and (poly)unsaturated fatty acids (PUFA). The ultimate goal of this research is to collect new (stereochemical) information to improve the understanding of some enzymatic mechanisms involved during their biosynthesis. In this context, we have shown that the use of oriented solutions of polypeptide (chiral mesophases) using polar co-solvents such as DMF or pyridine (py) provided better results in terms of spectral (enantio)discrimination (number of sites and magnitude) on the the basis of chemical shifts and deuterium quadrupole splittings. Thus, the chiral mesophase (PBLG/py) has been applied successfully to analyse PUFA’s like the methyl linoleate (C18) for which we could measure the enantio-isotopomeric excess (eie) at each methylen site of the molecule. For the first time, important information related to the stereochemistry of enzymatic mechanisms, inaccessible by the conventional method SNIF-NMR®, have been determined. The same methodology using achiral (PBG / py) and chiral (PBG / py) mesophases, revealed also to be an excellent tool for analysing SAFA in their free form (C14 to C18), or in triglyceride forms (3*C4 and 3*C14). The assignment of 2H doublets detected on 2D-NMR spectra of SAFA’s was confirmed by developing a theoretical model predicting the orientational ordering behavior of these flexible molecules. As illustrative exemple, the method was applied for investigating the enzymatic mechanisms converting the linoleate into vernoleate in two different plants. Finally, to improve the understanding of “solute/polypeptide" interactions involved in the orientation and enantiodiscrimination mechanisms, we have investigated by NAD 2D-NMR the evolution of the order parameters (Saupe matrix) of two apolar, rigid prochiral molecules dissolved in a chiral mesophase made by mixing two polypeptides having the same stereochemistry (L) but different type of side chains, versus their respective mass proportion.


Le texte intégral de cette thèse n'est pas accessible en ligne.
Il est disponible au sein de la bibliothèque de l'établissement de soutenance.

Consulter en bibliothèque

La version de soutenance existe

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Université Paris-Sud 11. Service commun de la documentation. Bibliothèque électronique.
Voir dans le Sudoc, catalogue collectif des bibliothèques de l'enseignement supérieur et de la recherche.