Projet ANR-14-CE06-0005 – CrystalBall : une enzyme artificielle pour une catalyse hétérogene
Programme : Chimie durable, génie chimique et biotechnologie (DS0304) 2014
Année de financement : 2014
Coordinateur du projet : Monsieur Stéphane MENAGE (Laboratoire Chimie et Biologie des Métaux)
Partenaires : Laboratoire public; Laboratoire public
Montant : 382720.0 euros
Date de début : 2014
Durée : 54 mois
Résumé : Les procédés catalytiques sont à la pointe du développement de la chimie verte. Le projet « crystalball » représente un atout majeur pour la conception d'une chimie durable, avec une combinaison originale de la biocatalyse et chimique catalyse chimique controlée par le métal. Notre stratégie initiale repose sur la conception d'une version hétérogène (cristal / solution) de la technologie déjà démontrée des enzymes artificielles couplée à une déclinaison infinie de réactions catalysées. Une telle approche consiste en la reproduction du contrôle fin au niveau du site actif contenant un métal, avec une combinaison d'un catalyseur inorganique et un échafaudage de protéines Le projet sera basé sur la mise en place de réactions d'oxydation catalysées « in cristallo », grâce à la plus-value en stabilité mécanique et chimique des cristaux de protéines par la méthode de « Cross Linking »  (CLEC). Cette méthodologie arrivée à maturité comprend l'introduction de liaisons chimiques entre les molécules de protéines dans le réseau du cristal de protéine de gagner en rigidité . Jusqu'à présent, la technologie « CLEC » a été validée au niveau industriel pour les biocatalyses impliquant des réductases mais le champ de l’oxydation reste à explorer. Nous allons augmenter la stabilité de notre famille d’hybrides basé sur NikA , une protéine Ni de transport dans E. coli , afin d’ ouvrir de nouvelles conditions de réaction (solvant , température , pH) , qui permettra un nombre de réactions d'oxydation infinies. La sélection de ces réactions résulte de la capacité d'oxydation de nos hybrides NiKa déjà démontrée, dans lequel le complexe inorganique détermine la nature de la réaction. Les spécificités catalytiques de ces hybrides représentent aussi un grand défi pour la chimie durable. En premier lieu, la synthèse sélective de sulfoxydes est cruciale dans la synthèse de médicaments. Leur utilisation en médecine est très étendue, en particulier à la commercialisation des composés sulfoxydes chiraux, comme l'ésoméprazole ( pour le traitement des agents anti -ulcéreux ). La synthèse de ces molécules implique une étape d'oxydation d'un sulfure pour donner un sulfoxyde chiral unique, qui est une étape difficile pour les chimistes. Deuxièmement, le développement sûr des systèmes catalytiques sélectifs pour l'oxydation aromatique n'est pas remplie à ce jour dans des conditions douces. Par conséquent, l'utilisation réussie du dioxygène comme oxydant sera une percée majeure, si on parvient à éviter des réactions secondaires délétères. La stratégie ici repose sur le reproduction des capacités uniques de l'architecture de la métalloenzyme à travers le contrôle de la distribution spatiale et / ou temporelle de substrats et oxydant, ici le dioxygèn . Les produits oxygénés ciblées d'hydrocarbures aromatiques ont également un grand potentiel en tant que blocs de synthèses organiques et pourrait également être un atout pour l'assainissement des hydrocarbures aromatiques polycycliques, dont certains sont analogues aux fragments des polymères de lignine.
La démarche s’appliquera ( i ) à mieux comprendre la technologie CLEC sur nos hybrides de protéines Nika pour les processus d'oxydation, ( ii ) d'obtenir de nouvelles possibilités de production de sulfoxydes chiraux , ( iii ) à oxyder des substrats aromatiques pour l'assainissement et la synthèse des produits de haute valeur ajoutée, (iv) pour obtenir de nouvelles perspectives dans le contrôle des étapes de réaction des réactions d'oxydation. A ces fins, nous allons combiner spectroscopies  et la cristallographie des rayons X. L'impact de ce projet sera de (i) ouvrir de nouvelles voies d’ hétérogèneisations de la biocatalyse , (ii) de contrôler l'activation de dioxygène pour des réactions sélectives , ( iii ) de fournir de nouvelles stratégies pour des sulfoxidations énantiosélectives , ( iv ) ouvrir le champ de l’oxydation à la technologie CLEC.