Soutenance de thèse de Alexandre HAUTIER

La catalyse est l’un des domaines les plus actifs de la chimie. En effet, elle permet de réaliser des transformations efficaces à un coût énergétique plus faible qu'avec des réactions non catalysées et offre généralement la possibilité de réduire ou d’éliminer le besoin et la génération de produits dangereux. Le développement d’un catalyseur peut souvent être inspiré par la Nature qui parvient à réaliser des transformations chimiques difficiles avec de hauts rendements et une grande sélectivité et ce en milieu aqueux dans des conditions douces. Par exemple, les protéines dépendantes du cuivre peuvent réagir avec O2 et H2O (ou H2O2) pour oxyder ou oxygéner une large gamme de substrats. Inspirés par les systèmes biologiques, les metallopeptides ont récemment émergés en tant que plate-forme fiable pour développer de nouveaux catalyseurs grâce à leur facilité d’accès, de maniement et d’affinage de leurs propriétés. Dans cette thèse, nous décrivons la synthèse d’une famille de décapeptides bio-inspirés, conçus pour avoir différents niveaux de flexibilité et de pré-organisation, et qui contiennent des résidus His et Asp permettant de coordiner des ions métalliques. Leur capacité à lier le cuivre et les propriétés résultantes ont été étudiées par potentiométrie pH, et diverses techniques spectroscopiques (UV-Vis, dichroïsme circulaire, RPE). Les données indiquent que tous les peptides se lient au cuivre et qu’ils forment, à un pH proche de la neutralité, une espèce cuivre (II) majoritaire, similaire entre tous les peptides. Dans ces complexes, les peptides lient le cuivre (II) par les chaines latérales des résidus His et Asp dans un environnement plan-carré ou pyramide à base carrée. Les processus d’oxydo-réduction cuivre (II)  cuivre (I) ont été étudiés en combinant des techniques d’électrochimie avec différents techniques spectroscopiques (UV-Vis et dichroïsme circulaire). Tous nos complexes cuivre (II)-peptide sont capables d’alterner entre les deux états d’oxydation. Pour finir, la capacité de ces systèmes ainsi que des complexes cuivre (II)-amyloid-β à catalyser des transformations oxydantes en solution aqueuse en utilisant O2 ou H2O2 comme oxydants a été évaluée. Cette étude révèle que i) la structure des peptides à un impact sur les rendements catalytiques et sur l’obtention d’excès énantiomérique, et que ii) les complexes cuivre (II)-amyloid-β sont moins performants que nos systèmes cuivre (II)-peptide.

Catalysis is one of the most active topics in chemistry, since a catalyst gives access to efficient transformations at a lower cost in energy and generally offers possibilities to reduce or eliminate the need for and the generation of hazardous compounds. The development of a catalyst is often inspired by Nature that performs challenging chemical transformations with high rates and high selectivity under mild conditions and aqueous media. For example, copper dependent proteins can react with O2 and H2O (or H2O2) to oxidize and oxygenate a broad range of substrates. Inspired by biological systems, metallopeptides have recently emerged as reliable platforms to evolve new catalysts because they are chemically accessible, easy to handle and fine-tune. In this work we synthetized a family of bioinspired decapeptides having different degrees of flexibility and pre-organization and containing His and Asp residues as metal ion coordinating amino acids. Their copper coordination properties were studied using pH potentiometry, and different spectroscopic techniques (UV-Vis, CD, EPR, NMR). The data indicate that all the peptides bind copper and form similar major copper(II) species at a pH close to neutrality where copper (II) is coordinated by the side-chains of His and Asp residues in a square-planar or square-pyramidal geometry. The copper (II)  copper (I) redox process was studied by combining electrochemistry with different spectroscopic techniques (UV-Vis and CD). All the copper(II)-peptide complexes are able to redox cycle between both oxidation states. Finally, the capabilities of these metallopeptides to perform a variety of oxidative transformations in aqueous solution at room temperature, using O2 or H2O2 as the oxidant were evaluated in parallel with that of amyloid-β peptides copper (II) complexes. This study revealed that i) the scaffold of the designed peptides had an impact on the catalytic efficiencies and enantiomeric excess and ii) the amyloid-β peptides copper (II) complexes are less active than our designed copper(II) peptide systems.