Brevet FR2729386A1 — publié le 19960719

La présente invention concerne ré un procédé enzyma- tique de préparation de dérivés aromatiques de la butanone. Il existe un intérêt général confirmé pour produire dans des conditions physiologiques des produits naturels rares, et en particulier ceux qui possèdent des propriétés organoleptiques intenses. Ces procédés sont d'autant plus attractifs lorsqu'ils peuvent être réalisés à partir de précurseurs naturels aisément disponibles. T - Les produits obtenus de cette manière étant considérés comme naturels, ils peuvent entrer dans la composition d'arômes naturels, lesquels ont la préférence des consommateurs. Dans cette catégorie de substances, on peut citer des dérives arylés de la butanone et notamment des dérivés de la phénylbutanone tels que la "cétone framboise", la "zingér- one" et la "Cassione " (marque déposée par la société Firmenich). La cétone framboise a été décrite pour la première fois comme constituant caractéristique de l'arôme de framboise par H. Schinz et C.F Seidel, Helv. Chim. Acta, 1957, 40, 1839. Toutefois, cette substance était déjà connue à l'état naturel comme constituant, entre autres, d'une polygonacée : Rheum palmatum, tant sous la forme d'aglycone, que sous la forme de glucosides (T. Murakami et collez Tetrahedron Letters, 1972, 2965 ; Y.Kashiwada et coll., Chem. Pharm. Bull., 1986, 34, 3237). Un gallylglucoside de la cétone framboise a aussi été identifié dans une crassulacée Aeonium lindleyi (A.G. Gonzalez et coll., Phytochemistry, 1976, 15, 344). Selon une étude récente, le glucoside de la cétone framboise accompagne ltaglycone dans la framboise (A.Pabst et coll. Phytochemistry, 1990, 29, 3853). La "Cassione ", ou 4-(3,4-méthylènedioxyphényl)- butan-2-one, n'avait pas été trouvée dans la nature jusqu'à une date récente. Pour cette raison, en dehors de la parfumerie, son emploi n'était autorisé que dans les armes alimentaires artificiels seulement. On a établi récemment sa présence dans l'huile essentielle de la partie aérienne d'une rue : Ruta angustifolia Pers., plante qui croît à l'état spontané en Malaisie (D. Joulain et Colt. Journal of Essential Oil Research, 1991, 3, 355), et il est donc possible d'utiliser maintenant cette substance dans des arômes alimentaires libellés "naturels". La zingérone est un constituant du gingembre et de l'arôme de la framboise, mais sa contribution dans cet arôme est nettement moins déterminante que celle de la cétone framboise. Ainsi la proportion de cétone framboise dans la framboise n'est que de 9 à 174 pg seulement par kilogramme de fruits frais, suivant les variétés (W.Borejsza-Wysocki et colt., J.agric. Food Chem., 1992, 40, 1176). La valeur aromatique de la cétone framboise est exprimée par son seuil de détection olfactive dans l'eau, compris entre 1 et 10 parties par milliard (M. Larsen et coll., Z.Lebensm. Unters. Forsch. 1990, 191, 129) On comprend donc que la cétone framboise est une substance absolument nécessaire, quoique non suffisante pour réaliser un arme de framboise reconstitué. La cétone framboise est aisément disponible sur le marché comme produit synthétique à un coût très modéré, et on l'utilise donc couramment dans des compositions d'arômes identiques à la nature ou artificiels. Par contre, il n'existe pas de source pratique de cétone framboise naturelle isolée, indispensable pour reconstituer un arôme de framboise totalement naturel. Les concentrations dans lesquelles existe cette substance dans la framboise-fruit sont en effet si faibles, même dans le meilleur des cas, que tout procédé d'extraction en vue d'isoler cette substance serait sans intérêt sur le plan économique. Une situation analogue, quoique à un degré moindre, existe pour la Cassione , en raison de sa faible teneur dans l'huile essentielle de rue et de la grande difficulté pour l'isoler avec une pureté suffisante. Les tentatives pour produire de la cétone framboise par fermentation de novo au moyen de certaines souches de Nidularia n'ont permis de produire que des concentrations de cétone framboise du même ordre de grandeur que celles qui sont observées dans le fruit (P. Tiefel et R.G. Berger dans Progress in Flavour Precursor Studies, P. Schreier et P. Winterhalter, éditeurs, Allured Publishing Co., Carol Stream, III, 1993, P 439-450). Lorsque ces mêmes auteurs ajoutent dans le milieu de culture un précurseur supposé de la cétone framboise comme l'acide paracoumarique, ils observent bien une augmentation de la concentration de la cétone framboise, mais à un niveau qui reste toutefois excessivement faible. La complexité du mélange de bioconversion et les longues durées d'incubation requises sont également des éléments défavorables.Enfin, la toxicité vis à vis du microorganisme des diverses substances phénoliques considérés comme précurseurs possibles de la cétone framboise (ainsi que la cétone framboise elle-même), constitue un problème sévère de levée d'inhibition. Par conséquent, tous ces éléments indiquent qu'un tel procédé est inadapté pour la production à l'échelle préparative de la cétone framboise. Il serait donc souhaitable de disposer d'un procédé efficace et rentable de préparation, la plus naturelle possible, de dérivés du type arylbutanone. Or la demanderesse a découvert à présent un procédé de préparation d'un dérivé de la butanone de formule (I) dans laquelle Ar représente un groupement aryle éventuellement mono ou plurisubstitué par des radicaux de préférence alkyle en C1-C6, alkoxy en C1-C6, méthylènedioxy, ou hydroxyle le, R1 représente un atome d'hydrogène ou représente ensemble avec R2 une liaison carbone-oxygène, R2 représente un atome d'hydrogène ou R2 et R1 représentent ensemble une liaison carbone-oxygène, et R3 représente un radical alkyle en C1-C6, de préférence un radical méthyle, caractérisé en ce que l'on soumet un composé de formule (Il) dans laquelle Ar a la signification déjà indiquée, à l'action d 'enzymes de la levure de boulanger (Saccharomyces cerevisiae) pour obtenir un mélange de composés de formule I dans laquelle Ar, R1 et R2 ont la signification déjà indiquée que l'on isole et sépare si désiré. Dans la formule (I) et dans ce qui suit, par "groupement aryle" on entend un groupement dérivé d'un noyau par substitution d'un atome d'hydrogène, ledit noyau renfermant de 6 à 10 atomes de carbone et comprenant éventuellement un ou plusieurs hétéroatomes, de préférence l'oxygène, tel qu'un radical phényle ou naphtyle. Lorsque le groupement aryle comporte un ou plusieurs hétéroatomes, il comporte de préférence deux et plus particulièrement un seul hétéroatome. Ledit groupement aryle est de préférence au moins monosubstitué. I1 comporte de préférence au plus quatre substitutions, et notamment au plus deux substitutions. On peut citer comme substituants préférés par exemple les radicaux méthyle, méthoxy, ethoxy, méthylènedioxy ou hydroxyle. L'action d'enzymes de la levure de boulanger peut être mise en oeuvre selon plusieurs méthodes. Dans une méthode particulièrement préférée, on utilise la levure de boulanger en fermentation. En effet, une telle mise en oeuvre permet la préparation des produits attendus avec un excellent rendement et à un très faible coûts des produits mis en oeuvre. Des conditions avantageuses de fermentation sont par exemple les suivantes : On ajoute 1 partie en poids de glucose (ou une quantité équivalente de sucrose ou de mélasse de sucre de betterave, etc) à une suspension agitée de 10 parties en poids de levure de boulanger humide, ou la quantité équivalente de levure commercialisée sous forme déshydratée dans 50 parties en poids d'eau courante, à une température de 30 à 35". Lorsque la fermentation a commencé, on introduit rapidement le précurseur (environ 0,1 partie), et on maintient l'agitation (en laissant la température revenir à l'ambiante) pendant plusieurs jours, par exemple 5 jours. Le milieu réactionnel dans lequel prédomine la biomasse est ensuite traité de façon conventionnelle pour en extraire les produits de la réaction désirés. C'est pourquoi la présente demande a notamment pour objet un procédé de préparation d'un dérivé de la butanone tel que défini ci-dessus, caractérisé en ce que l'on utilise de la levure de boulanger en fermentation. Dans d'autres conditions de mise en oeuvre du procédé selon l'invention, l'on utilise un concentré d'en- zymes de levure de boulanger. Un tel concentré est par exemple celui commercialisé par la Société SIGMA sous la référence Y-2875. C'est pourquoi la présente demande a également pour objet un procédé de préparation d'un dérivé de la butanone tel que défini ci-dessus, caractérisé en ce que l'on utilise un concentré d ' enzymes de levure de boulanger. Dans encore d'autres conditions de mise en oeuvre du procédé ci-dessus décrit, l'on utilise à titre de concentré d'enzymes de levure de boulanger un extrait protéinique de levure. Un tel extrait est par exemple commercialisé par la Société SIGMA sous le nom enzyme Sigma type 2. C'est pourquoi la présente demande a également pour objet un procédé de préparation d'un dérivé de la butanone tel que défini ci-dessus, caractérisé en ce que le concentré d'enzymes de levure est un extrait protéinique de levure. Dans le cas de l'utilisation d'un concentré d'enzymes ou d'extrait, on utilise avantageusement en outre du ss-nicotinamide adénine dinucléotide sous sa forme réduite, ou le phosphate correspondant (NADH et NADPH respectivement). De tels produits sont commercialisés notamment par la Société SIGMA. Lors de la mise en oeuvre du procédé selon 1' inven- tion, on prépare de préférence des dérivés de formule (I) dans lesquels Ar représente un radical phényle éventuellement substitué. C'est pourquoi la présente demande a également pour objet un procédé de préparation d'un dérivé de la butanone tel que défini ci-dessus, caractérisé en ce que Ar représente un radical phényle éventuellement substitué. Lorsque le radical phényle est substitué, les substituants sont avantageusement situés en méta et/ou para de la chaîne dérivée de la butanone; lesdits substituants sont tout particulièrement choisis parmi les groupements cidessus décrits et notamment les radicaux méthoxy, éthoxy, méthylènedioxy et hydroxyle. C'est pourquoi la présente demande a plus particulièrement pour objet un procédé de préparation d'un dérivé de la butanone tel que défini ci-dessus , caractérisé en ce que le radical phényle est substitué par au moins un groupement choisi parmi les groupements méthoxy, éthoxy, méthylènedioxy et hydroxyle. Dans des conditions tout à fait préférentielles de mise en oeuvre, l'invention a pour objet un procédé dé de préparation d'un dérivé de la butanone tel que défini cidessus, caractérisé en ce que l'on prépare la 4-(4-hydroxy- phényl ) -butan- 2 -one, la 4- (3,4 -méthylènedioxyphényl ) -butan-2- one ou la 4-(4-hydroxy, 3-méthoxyphényl)-butan-2-one. L'invention a également plus particulièrement pour objet un procédé de préparation tel que défini ci-dessus, caractérisé en ce que dans la formule (I), R1 représente ensemble avec R2 une liaison carbone-oxygène. Une famille préférée de produits préparés par le procédé selon l'invention répond à la formule dans laquelle R et R'ont les significations déjà indiquées pour les substituants du groupement aryle. Dans la mise en oeuvre du procédé ci-dessus, on obtient un mélange de produits de formule (I) dans lequel les dérivés cétoniques sont accompagnés de quantités mineures de 1' alcool saturé correspondant. Selon les dosages chromatographiques effectués durant le déroulement de la réaction, on observe que la double liaison éthylénique est reduite en premier, puis vient le tour de la fonction cétonique. Cette réduction préférentielle d'une double liaison située à la fois en position a d'un groupe carbonyle et conjuguée avec un cycle aromatique est tout à fait inattendue et n'avait jamais été décrite auparavant. Dans le cas particulier de la préparation de la cétone framboise, correspondant à un dérivé de formule (I) dans lequel Ar représente un radical phényle substitué par un hydroxyle en position 4, on observe que l'alcool secondaire formé par bioréduction de la fonction cétone est sous la configuration S à plus de 85 % comme l'atteste l'analyse du produit brut après acétylation, par chromatographie liquide haute pression (HPLC) en utilisant une colonne chirale (par exemple de type Chiralcel-OD commercialisée par la Société Daicel. Pour cette raison et selon les connaissances antérieures dans ce domaine de la biochimie, il est possible de réoxyder cet alcool secondaire en cétone framboise si désiré, au moyen d'une alcooldéhydrogénase comme par exemple celle extraite du foie de cheval, par exemple en présence d'un excès d'acétaldéhyde comme accepteur d'hydrogène. Il est possible également d'effectuer la bioréduction autrement qu'avec les cellules entières de levure, en utilisant par exemple un extrait protéinique de cette levure. Dans ce cas, si on n'utilise pas une quantité stoechiométri- que de cofacteur, on a avantage à recourir à un système de recyclage de celui-ci (jusqu'à trente fois), qui fait appel à la formiate déshydrogénase. Un tel système d'enzymes est mis en oeuvre de préférence sous une forme immobilisée. Des procédés classiques de 1 'art antérieur font notamment appel à des polyéthylèneglycols de masse moléculaire de l'ordre de 10.000 et à des membranes permettant le passage de molécules de tailles appropriées. Les produits de départ de formule (II) sont des produits connus. En particulier, la 4-(4-hydroxyphényl)-but3-èn-2-one constituant le substrat de réduction en acétone framboise naturelle, peut être obtenue aisément, et sans limite quantitative, par simple contact à chaud entre le 4hydroxybenzaldéhyde et un excès d'acétone dans une solution aqueuse dont le pH a été amené à une valeur permettant le passage en solution du 4-hydroxybenzaldéhyde. Ces deux éléments sont eux-mêmes disponibles comme substances naturelles. Ainsi l'acétone est obtenue par fermentation du glucose au moyen de Clostridium acetobutylicum notamment.Quant au 4hydroxy-benzaldéhyde, il peut être libéré par exemple par simple chauffage en présence d'émulsine d'une suspension de aqueuse dhurrine, un glucoside analogue à l'amygdaline qui existe dans les jeunes pousses de sorgo (Sorghum vulgare). Une extraction subséquente au moyen d'un solvant et un lavage pour éliminer l'acide cyanhydrique également libéré dans cette opération sont classiques en pareil cas. On voit donc qu'un nombre non négligeable des dérivés de formule (I) peuvent être préparés dans des conditions physiologiques à partir de produits naturels ou issus de produits naturels. L'invention a enfin pour objet un procédé de préparation d'un dérivé de la butanone tel que défini cidessus, caractérisé en ce que en outre, l'on procède à l'oxydation enzymatique usuelle d'un composé de formule (I) dans laquelle R1 et R2 représentent un atome d'hydrogène, pour obtenir le composé correspondant de formule (I) dans laquelle R1 représente ensemble avec R2 une liaison carbone-oxygène. Les exemples qui suivent illustrent la présente invention. EXEMPLE 1 : Préparation microbiologique de 4-(4-hydroxyphényl)-butan-2-one et de 4- ( 4-hydroxyphényl ) -butan-2-ol. Dans un récipient à l'air libre, équipé d'un système d'agitation, on introduit successivement 2,5 litres d'eau, puis 100 grammes de D-glucose. Cette solution est ensuite amenée sous agitation à la température de 300C environ, puis on ajoute en une seule fois 1 kg de levure de boulanger ordinaire sous la forme humide commerciale. La suspension étant vigoureusement agitée à la température de 30"C à 35ex, on observe au bout de quelques minutes le démarrage de la fermentation, visualisé par la formation d'une mousse due à la production de gaz carbonique.On observe aussi une élévation concomitante de la température de 2 à 5"C. La température étant alors voisine de 35ex, on ajoute goutte à goutte en 10 minutes une solution de 8,1 grammes de 4-(4-hydroxyphenyl)-but-3-èn-2-one (0,050 mole) dans 20 al d'éthanol à 96ex. L'agitation étant maintenue, on laisse revenir à la température ambiante, et on conserve ces conditions pendant 48 heures. Le milieu d'incubation est alors soumis à une extraction liquide-liquide continue pendant 12 heures au moyen de méthyltertiobutyléther (MTBE). Après élimination du solvant par évaporation, on obtient environ 10 grammes d'un produit brut solide, constitué principalement, d'après analyse par chromatographie en phase gazeuse couplée avec un spectromètre de masse de - 56 % de 4-(4-hydroxyphényl)-butan-2-one - 37 % de 4-(4-hydroxyphényl)-butan-2-ol - 3 % de substrat de départ inchangé. On procède alors à la purification du produit de la façon suivante : le produit brut est repris à la température de 60"C environ avec le minimum d'acétate d'éthyle, puis à cette solution limpide de couleur jaune foncé, on ajoute goutte à goutte de l'hexane jusqu'à l'apparition d'un début de turbidité. On abandonne cette solution à la température ambiante. Un produit cristallisé se sépare. On l'essore et on obtient 4,8 g de 4-(4-hydroxyphényl)-butan-2-one pure à plus de 99 %. Une recristallisation dans un mélange d'eau et de méthanol fournit un produit de qualité analytique possédant un point de fusion de 84-C. EXEMPLE 2 : Préparation enzymatique de 4- ( 4-hydroxyphényl ) - butan-2-one et de 4- ( 4-hydroxyphényl ) -butan-2-ol. A une solution de 100 mg d'extrait protéinique de levure, tel que celui qui est commercialisé par la Société Sigma sous la référence Y- 2875 dans 10 ml de tampon phosphate (pH 7), et maintenue agitée à la température de 20-, on ajoute 20 mg de 4-(4-hydroxyphényl)-but-3-èn-2-one et 70 y de p-nicotinamide adénine dinucléotide sous la forme réduite (NADH), produit commercialisé par la Société Sigma sous la référence N-8129. Après 24 heures d'agitation à cette température, on effectue une analyse du mélange réactionnel par chromatographie sur couche mince, en observant l'apparition du produit attendu. Après 75 heures, on extrait le mélange réactionnel avec trois fois 2 ml d'acétate d'éthyle. L'analyse du produit brut de réaction par chromatographie en phase gazeuse couplée à un spectromètre de masse indique que celui-ci est constitué essentiellement de substrat de départ, de cétone framboise et de 4-hydroxybenzaldéhyde dans les proportions de 100/5/0,6. EXEMPLE 3 : Préparation enzymatique de 4-(4-hydroxyphényl)- butan-2-one et de 4- ( 4-hydroxyphényl )-butan-2-ol. A une solution de 50 mg d'extrait d'enzyme Sigma, type 2 et 35 mg de phosphate de p-nicotinamide adénine dinucléotide sous forme réduite (NADPH), commercialisé par la Société Sigma sous la référence N-1630, dans 5 ml de tampon phosphate 0,1 M (pH 7) à la température de 25ex, on ajoute 10 mg de 4-(4-hydroxy)-but-3-èn-2-one. Après 6 heures d'agita tion à cette température, on observe que le taux de conversion est de 14 %. On ajoute alors 25 mg d'extrait enzymatique supplémentaires. Le contrôle analytique du déroulement de la bioconversion indique que le taux de conversion atteint un maximum de 30 % au bout de 20 heures environ. EXEMPLE 4 : Préparation enzymatique de 4-(4-hydroxyphényl)butan-2-one à partir de 4-(4-hydroxyphényl)-butan-2-ol. A une solution 0,050 M d'acide 3-(N-morpholino)propanesulfonique (pH 7) agitée, on ajoute successivement à la température ambiante de 20"C : 1 mg de NAD 2 mg de HLADH (alcool déshydrogénase de foie de cheval), 60 microlitres d'acétaldéhyde et 8,3 mg de 4-(4-hydroxyphényl)butan-2-ol sous la forme d'un excès énantiomérique S de 64 t. Au bout de 40 heures d'agitation à cette température, on extrait le milieu réactionnel, on l'analyse par chromatographie comme précédemment et on observe la présence de 4-(4hydroxyphényl ) -butan-2-one et de 4- ( 4-hydroxyphényl ) -butan-2 ol que l'on isole. Après acétylation, 11 analyse de cet t alcool par chromatographie chirospécifique en phase liquide indique qu'il s'agit principalement de l'énantiomère R, avec un excès énantiomérique de 84 %. REVENDICATIONS 1. Procédé de préparation d'un dérivé de la butanone de formule (I) dans laquelle Ar représente un groupement aryle éventuellement mono ou plurisubstitué par des radicaux alkyle en C1-C6, alkoxy en C1-C6, méthylènedioxy ou hydroxyle, R1 représente un atome d'hydrogène ou représente ensemble avec R2 une liaison carbone-oxygène, R2 représente un atome d'hydrogène ou R2 et R1 représentent ensemble une liaison carbone-osygene,et R3 représente un radical alkyle en C1-C6, caractérisé en ce que l'on soumet un composé de formule (II) dans laquelle Ar et R3 ont la signification déjà indiquée, à l'action d'enzymes de la levure de boulanger (Saccharoiyces cerevisiae) pour obtenir un mélange de composés de formule I dans laquelle Ar, R1, R2 et R3 ont la signification déjà indiquée que l'on isole et sépare si désiré. 2. Procédé de préparation d'un dérivé de la butanone selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on utilise de la levure de boulanger en fermentation. 3. Procédé de préparation d'un dérivé de la butanone selon la revendication 1, caractérisé en ce que 1 'on utilise un concentré d'enzymes de levure de boulanger. 4. Procédé de préparation d'un dérivé de la butanone selon la revendication 3, caractérisé en ce que le concentré d 'enzymes de levure est un extrait protéinique de levure. 5. Procédé de préparation d'un dérivé de la butanone selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que Ar représente un radical phényle éventuellement substitué. 6. Procédé de préparation d'un dérivé de la butanone selon la revendication 5, caractérisé en ce que le radical phényle est substitué par au moins un groupement choisi parmi les groupements méthoxy, éthoxy, méthylènedioxy et hydroxyle. 7. Procédé de préparation d'un dérivé de la butanone selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'on prépare la 4-(4-hydroxyphényl)-butan-2-one. 8. Procédé de préparation d'un dérivé de la butanone selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'on prépare la 4-(4-hydroxy, 3-méthoxyphényl)-butan- 2-one. 9. Procédé de préparation d'un dérivé de la butanone selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que dans la formule (I), R1 représente ensemble avec R2 une liaison carbone-oxygène. 10. Procédé de préparation d'un dérivé de la butanone selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que en outre, l'on procède à l'oxydation enzymatique usuelle d'un composé de formule (I) dans laquelle R1 et R2 représentent un atome d'hydrogène, pour obtenir le composé correspondant de formule (I) dans laquelle R1 représente ensemble avec R2 une liaison carbone-oxygène.