Synthèse, caractérisation et étude de la réactivité de complexes métalliques bio-inspirés à liaison Métal-Thiol.

par Nikita Hall

Thèse de doctorat en Chimie inorganique et Bio inorganique

Sous la direction de Carole Duboc.

Soutenue le 25-09-2013

à Grenoble , dans le cadre de École doctorale chimie et science du vivant (Grenoble) , en partenariat avec Département de chimie moléculaire (Grenoble) (laboratoire) .

Le président du jury était Jean-Marc Latour.

Le jury était composé de Maylis Orio, Marie-Noëlle Collomb.

Les rapporteurs étaient Jean-Pierre Mahy, Jean-Marc Vincent.


  • Résumé

    Cette thèse présente la synthèse et la caractérisation de complexes moléculaires bio-inspirés àliaison métal-thiol avec l'objectif de modéliser le site actif de certaines métalloenzymes. Enparticulier, notre but était d'améliorer notre compréhension sur le rôle que joue cette liaisonmétal-thiol dans les métalloenzymes, notamment au niveau de ses propriétés structurales etélectroniques ainsi que sur la réactivité des sites actifs associés. Le thiol lié à un métal peut êtresujet à deux types de réaction dans métalloenzymes : les réaction de S- alkylation ou de Soxygénation.Il a été montré que la réactivité de ces ligands thiols dépend fortement de la naturede l'ion métallique. Dans ce contexte, différents complexes thiolate Mn+ ont été synthétisés (VIII,VIV, VV, NiII, NiIII, CoII et CoIII), soit avec un ligand LN2S2 tétradentate ou LNS2 tridentate. Ces deuxligands sont constitués d'un ou deux azote(s) aromatique(s) (bipyridine ou pyridine) et de deuxthiols aliphatiques encombrants.Nous avons montré que le CoII ion représente un substitut structural satisfaisant pour lesmétalloenzymes contenant du zinc. Cependant, il n'est pas approprié comme substitutfonctionnel dans le cas particulier de la réaction de S- alkylation. En outre, nous avons pumodéliser l'étape d'activation de nitrile hydratase à cobalt, avec l'incorporation de trois atomesd'oxygène sur un complexe bis-thiolate de CoIII présentant la même dissymétrie que dansl’enzyme lors de la réaction de S- oxygénation. En revanche, avec le vanadium et le nickel, desespèces métal-peroxo ont pu être générées sans réaction intramoléculaire de S- oxygénation.Nos travaux ont ainsi conduit à l’obtention des premiers exemples de complexes peroxos dunickel et du vanadium possédant des liaisons métal-thiol.Nous avons également tenté de modéliser des réactions réalisées par des métalloenzymes dontle site actif est riche en soufre, dont l'activation et la réduction du diazote en ammoniac, réactionréalisée par les nitrogénases. Pour modéliser ces enzymes, un complexe thiolate du VIII a étésynthétisé et sa réactivité étudiée. Nos résultats préliminaires suggèrent que l’espèce réduite deVII correspondante est capable d'activer et de réduire l’hydrazine en ammoniac, réactioncorrespondant à la dernière étape de la réduction du diazote.

  • Titre traduit

    Synthesis, characterization and activity studies of bio-inspired metallic complexes with Metal-thiolate bond.


  • Résumé

    This thesis presents the synthesis and characterisation of bio-inspired molecular complexescontaining metal alkyl thiolate bonds with the goal of modelling metalloenzymes. In particular,we have attempted to improve our knowledge on the role that the bound alkyl thiolate plays inmetalloenzymes, including, structural features, electronic properties and also reactivity of theassociated active sites. The bound alkyl thiolate undergoes two main reactions inmetalloenzymes; S-alkylation and S-oxygenation. From the isolation and characterisation of thecorresponding active sites, it can be seen that the reactivity of the bound alkyl thiolate dependsgreatly on the metallic ion. In this context, different Mn+-thiolate complexes have beensynthesized (VIII, VIV, VV, NiII, NiIII, CoII and CoIII), with either a tetradentate LN2S2 or a tridentateLNS2 ligand. Both ligands consist of aromatic nitrogen (bipyridine or pyridine) donor atom(s)and also two bulky S-thiolate donor atoms.We have shown that the CoII ion is a suitable structural substitute for Zn-containingmetalloenzymes, however, it is inappropriate as a functional substitute in the particular case ofS-alkylation. Furthermore, we have been able to structurally model the activation step of cobaltnitrile hydratase, with the incorporation of three oxygen atoms on a CoIII bis alkyl thiolatecomplex evidencing dissymmetrical S-oxygenation. In contrast, using vanadium and nickel,metal-peroxo species have been generated, without intramolecular S-oxygenation. This researchhas led to some of the first examples of active oxygen nickel and vanadium complexes usingalkyl thiolate ligands.We have also attempted to model very difficult reactions carried out by sulfur richmetalloenzymes, especially the activation and reduction of dinitrogen realised by nitrogenases.To model this enzyme, a VIII alkyl thiolate complex has been synthesised and its reactivityinvestigated. Preliminary results suggest that the reduced VII species has the ability to activateand reduce hydrazine into ammonia, which is proposed to be the final stage of dinitrogenreduction.


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