Projet ANR-08-BLAN-0035 – PARA-NMR : Structure and reactivity of paramagnetic molecules by solid-state NMR
Programme : Blanc (BLANC) 2008
Année de financement : 2008
Coordinateur du projet : ECOLE NORMALE SUPERIEURE DE LYON (ECOLE NORMALE SUPERIEURE DE LYON)
Partenaires : École normale supérieure de Lyon
Montant : 449760.0 euros
Date de début : 2009
Durée : 36 mois
Résumé : La caractérisation des ions métalliques impliqués en catalyse, ainsi que celle de leur environnement, est l'un des enjeux majeurs de la chimie et de la biologie actuelles. Comprendre précisément le fonctionnement du site actif lors d'un processus catalytique est un élément clé pour contrôler ces systèmes complexes, modifier leur comportement et concevoir de façon rationnelle des sites aux propriétés améliorées. La majorité des connaissances actuelles concernant le lien entre structure et fonction d'un site actif est issue de l'étude par diffraction de rayons-X d'échantillons monocristallins. Cependant, dans de nombreux cas, comme par exemple dans le cas de catalyseurs hétérogènes supportés, ou de métalloenzymes de grande taille contenant plusieurs sous-unités, ou encore de systèmes membranaires, il est impossible d'obtenir des cristaux de taille suffisante pour diffracter. La caractérisation de la structure devient alors un véritable enjeu. La RMN du solide est un outil efficace pour acquérir des informations sur des échantillons inorganiques microcristallins ou pas cristallisés, y compris sur des complexes organométalliques diamagnétiques. Néanmoins, de nombreux catalyseurs font intervenir des ions métalliques paramagnétiques. La RMN est susceptible de fournir une méthode pour déterminer les déplacements et les taux de relaxation paramagnétiques, qui sondent directement la structure électronique de composés aussi importants. Cependant jusqu'à présent, les études par RMN du solide de complexes organométalliques paramagnétiques a été entravée par ces mêmes déplacements paramagnétiques, d'une grande ampleur et très dépendants de l'orientation, ainsi que par la relaxation nucléaire accrue du fait du paramagnétisme. Ces deux éléments sont un obstacle à l'acquisition d'expériences par RMN ainsi qu'à l'attribution des spectres qui en résultent. Le présent projet concerne le développement d'un nouveau panel de techniques de RMN du solide performantes, destinées à résoudre les difficultés actuelles rencontrées dans l'application de la spectroscopie par RMN aux échantillons contenant des ions métalliques paramagnétiques. Ceci permettra l'étude auparavant inconcevable d'une nouvelle classe de molécules d'intérêt chimique ou biologique, contenant des ions paramagnétiques, telles que des complexes organométalliques hétérogènes, des métalloprotéines, et de grands assemblages de protéines. Le projet s'articulera de façon parallèle autour de trois axes. Nous développerons d'abord une série d'approches expérimentales pour obtenir des spectres RMN de matériaux paramagnétiques dont la caractérisation est aujourd'hui un défi. Ces techniques permettront l'acquisition et l'attribution de signaux de RMN provenant de noyaux proches de l'ion métallique paramagnétique avec une bonne sensibilité et résolution, ce que ne permettent pas les approches de RMN du solide traditionnelles. Dans une deuxième partie, nous développerons de nouveaux moyens de déterminer la structure et la réactivité autour d'un centre métallique en utilisant les effets du paramagnétisme sur la RMN. Nous proposons de développer des protocoles pour la détermination de structures de composés en poudre, qui fournissent simultanément des informations sur la conformation de la molécule dans la structure ou à la surface, mais également sur l'arrangement intermoléculaire au sein de la phase solide, selon une sorte de «cristallographie par RMN ». Enfin, nous explorerons les interactions protéine-ligand et protéine-protéine déterminées grâce aux effets paramagnétiques. L'objectif principal de cette application est de fournir aux chercheurs en chimie et biologie la possibilité d'utiliser la RMN comme technique de routine pour obtenir des informations sur la structure et la reactivité de catalyseurs immobilisés ou de systèmes biologiques complexes. Les sujets décrits ici ont des implications très variées dans les sciences biologiques et moléculaires, et tout succès dans l'un de ces domaines a