Utilisation de l'oxydation enzymatique en synthèse organique

• Auteur / Autrice : Krzysztof Okrasa
• Direction : Michel Thérisod
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie organique
• Date : Soutenance en 2004
• Etablissement(s) : Paris 11

Mots clés

Mots clés libres

Oxydases

Peroxydases

Sulfoxydation asymétrique

Benzaldehyde

Liquides ioniques

Résumé

Nous avons étudié le potentiel en synthèse organique de la peroxydase de Coprinus cinereus (Cip). La peroxydase catalyse l'oxydation par l'air des thiols en disulfures, en milieu aqueux ou sur support minéral en absence de solvant. Cette réaction s'est révélée cependant non-énantiosélective. Nous avons étudié la possibilité de produire in situ de façon contrôlée le peroxyde d'hydrogène, substrat de la Cip, pour empêcher sa désactivation et pour que les réactions catalysées soient énantiosélectives. Divers systèmes photochimiques et chimiques ont été testés, certains avec un résultat modeste. Nous avons mis au point deux systèmes bienzymatiques : D-glucose oxydase /Cip et D-aminoacide oxydase/Cip, où le peroxyde d'hydrogène est produit progressivement par l'oxydase et utilisé par la Cip. Dans le système utilisant la D-aminoacide oxydase, le flux de peroxyde d'hydrogène dépend de son utilisation par la peroxydase. Nous avons réalisé l'oxydation de divers aryl-méthyl sulfures par ces systèmes. Les sulfoxydes de configuration absolue S ont été obtenus avec de bons rendements et un haut excès énantiomérique (jusqu'à 97 % ee). Ces systèmes bienzymatiques ont également permis l'epoxydation modérément énantiosélective du para-chlorostyrène (ee=45%). L'oxydation des autres oléfines testées a donné cependant des produits racémiques avec des rendements médiocres. Nous avons utilisé le système glucose oxydase/Cip dans les sels liquides comme milieu réactionnel. L'oxydation des sulfures y a été moins rapide que dans l'eau mais les sulfoxydes ont été obtenus avec un haut excès énantiomérique et la configuration S (comme dans l'eau). Les enzymes sont stables dans ce milieu, peuvent être récupérées, recyclées et réutilisées plusieurs fois. Le système D-aminoacide oxidase/Cip a été appliqué à la production in vitro de benzaldéhyde à partir de phénylalanine dans des conditions strictement définies. Nous proposons un mécanisme probable pour cette biotransformation.

The potential usefulness of Coprinus cinereus peroxidase (Cip) in organic synthesis has been studied. This peroxidase cans catalyse the oxidation of thiols into disulfides, either in aqueous medium or on a mineral support without solvent. This reaction however was found to be non-enantioselective. We have investigated the possibility to produce in situ hydrogen peroxide, the normal substrate of peroxidase, in order to avoid its de activation and to promote enantioselective oxidation. Various chemical and photochemical systems were tested, some of them with a relative success. Two bienzymatic systems were elaborated : D-glucose oxidase /Cip and D-aminoacid oxidase/Cip, in which hydrogen peroxide continuously produced by the oxidase is immediately used by the peroxidase. With D-amino acid oxidase, the flux of hydrogen peroxide is further submitted to its utilisation by Cip. Various aryl-methyl sulfides have been oxidised by these systems. Chiral sulfoxides, having an S absolute configuration, were obtained with good yields and high enantiomeric excess (up to 97%). These bienzymatic systems could also oxidise p-chlorostyrene into the corresponding epoxide with a moderate ee (45%). Other alkenes led to racemic epoxides with a low yield. The glucose oxidase/Cip system was shown to be active in ionic liquids as a reaction medium. The oxidation was slower than in water but sulfoxides were obtained with the same enantiomeric excess and the same S configuration as in water. The enzymes were stable in this medium, and could be recycled and reused several times. The D-aminoacid oxidase/Cip system was used for an in vitro production of benzaldehyde from phenylalanine in fully controlled conditions. We propose a likely mechanism for this transformation.