et 12) sont caractérisés par des effets mésomères (absorption ICT) qui modifient profondément leurs propriétés d'absorption. Cet effet de résonance confère également pour les

dérivés méthoxylés des propriétés électrochimiques spécifiques.

-4 -2 0 2 4

-4

-2

0

2

4



E

x

(

nF

/2

.3

RT

)

1/

x (2.3kT/hc)

Figure 42. Variation de E11/2 (× nF/2.3RT) en function de (1/max) × (2.3kT/hc). E11/2 = E11/2(sample) – E11/2(menadione) et 1/max = 1/maxmenadione - 1/maxsample. La plumbagone a été

exclue de cette analyse. La ligne en pointillée est seulement un guide et permet de représenter la variation théorique de de E11/2 en function de 1/max. v = 200 mV s-1; électrode de reference = KCl(3 M)/Ag/AgCl;

électrode de travail = disque de carbone vitreux d’aire = 0.07 cm2.

Nous avons ensuite évalué les effets électroniques des substituants sur les propriétés électrochimiques du squelette rédox 1,4-NQ. Le comportement électrochimique des dérivés de ménadione dans le DMSO se traduit par deux étapes distinctes de réduction qui conduisent respectivement aux intermédiaires stables, le monoradical monoanion, 1,4-NQ-• et la dihydronaphtoquinone dianionique, 1,4-NQ2-. La réactivité de ces intermédiaires électroactifs dépend donc des propriétés électroniques de l’unité quinone qui peuvent être décrites aussi bien expérimentalement par la différence d’énergie HOMO- LUMO ou de façon plus empirique par le modèle de Hammett (voir ci-dessus).233,235 Le potentiel de demi-vague de l’unité menadione utilisée comme référence dans notre étude (E1/2(menadione)) est déplacé vers une nouvelle valeur (E1/2(écahntillon)) en introduisant un ou plusieurs substituants (Figure 43). Lorsque les interactions stériques sont exclues (menadiones méthylées en position 5 et 8), ces déplacements ne devraient être influencés que par les seuls effets électroniques des substituants qui peuvent être prédits théoriquement par la relation de Hammett - Zuman (8). Dans cette équation, X correspond à la constante électronique d'un substituant X (m représente un groupe en position méta- par rapport au centre réactif et p désigne une fonction en position para). La

constante de réaction R reflète la sensibilité de la réaction R vis-à-vis d’une perturbation électronique introduit par un substituant X.

-1.2 -0.8 -0.4 0.0 0.4 0.8 1.2

-0.3

-0.2

-0.1

0.0

0.1

0.2

0.3



E

(V

)



+ 

)

Figure 43. Variation de E11/2 (■) et de E21/2 (●) vs. (m + p) pour notre série de menadiones substituées. Solvant : DMSO ; I = 0.1 M n-Bu4PF6 ; T = 25°C ; v = 200 mV s-1; électrode de reference = KCl(3

M)/Ag/AgCl; électrode de travail = disque de carbone vitreux d’aire = 0.07 cm2. Les cercles grisés correspondent aux composés pour lesquels les constants de Hammett ont été estimées. Les cercles en noir correspondent aux composés en dehors de la relation qui existe. E11/2 = 0.132(1) × ((m + p)) - 0.006(4)

(R2 = 0.954); E21/2 = 0.141(8) × ((m + p)) - 0.002(4) (R2 = 0.952).

Les analogues de la vitamine K3 sont des systèmes particuliers puisque le substituant situé sur le noyau benzénique (position 6 ou 7) peuvent être considérés comme étant soit un méta-substituant par rapport à l’une des unités carbonyle et comme un para-méta-substituant par rapport à l'autre groupement carbonyl. Comme la 1,4-naphtoquinone est un système conjuguée, tout effet électronique peut être, en principe, se propager sur chacun des deux carbonyls. Par conséquen t, dans notre analyse, nous avons utilisé la somme (m + p) pour décrire l'effet électronique d’un substituant sur le noyau ménadione. Dans le cas de menadiones polysubstituées (12 et 93), la contribution de chaque substituant a été considérée. La Figure 43 illustre la variation de En1/2 (n = 1 ou 2) pour les premier et second transferts d'électrons. Exceptés quelques dérivés la de ménadione (plumbagone, 84 et 90), une variation évidente de E11/2 et de E21/2 peut être observée avec les constantes de Hammett ((m + p)). Dans cette analyse, les paramètres m et p étaient indisponibles pour les susbtituants -OP(O)(OC2H5)2 (114 et 115) et -OC(O)N(CH3)2 (120) et ont été estimées en calculant les valeurs de pKa des dérivés d’acide benzoïque méta- et para-substitués en utilisant le logicielChemAxon pKa.236 Les variations observées suggèrent donc que le noyau ménadione électroactif est uniquement influencé par des effets électroniques inductifs ou mésomères.Les substituants attracteurs d'électrons diminuent la densité

électronique de l'unité 1,4-NQ et rendent ces composés " plus oxydant" (i.e. plus facile à réduire), tandis que les substituants donneurs d'électrons augmente la densité électronique du noyau aromatique et diminue la propension des composés redox correspondants à être réduit (composés "moins oxydant"). De manière très intéressante, ces propriétés électroniques et électrochimiques sont partagées à la fois par le dérivé de ménadione sous sa forme oxydée et sous sa forme réduite à 1 électron comme le démontre la similutude des valeurs des constantes de réaction R (_1R = 2,20 et _2R = 2,66, 1 et 2 représente respectivement les premier et second processus de réduction237). La mise en œuvre stricte de l'équation de Hammett-Zuman indique que l'interception de ces variations doit avoir une valeur nulle. Ceci est observé expérimentalement pour E11/2 et E11/2 dont les ordonnées à l'origine sont très proches de zéro dans le domaine d’erreur donné (Figure 43). Cette caractéristique indique que les deux transferts d'électrons consécutifs ne sont pas compliquées par des réactions chimiques couplées tels qu’un transfert de protons inter- ou intramoléculaire ou la formation de complexes. Les valeurs positives de R impliquent que la réaction (i.e. réduction) est facilitée par la diminution de la densité électronique de l'électrophore. Un écart subsiste toutefois lorsque des interactions stériques (e.g. entre un substituant méthyl et de la fonction carbonyle de la quinone) influencent la réduction de la naphtoquinone comme observé pour 84 et 90. Il en résulte une perte de coplanarité et, part conséquent, une diminution de la conjugaison et une valeur plus négative du potentiel de réduction (E1/2). Un écart est également observé pour la plumbagone pour laquelle une liaison hydrogène intramoléculaire stabilise la charge négative des produits réduits et rend ces dérivés plus oxydants.

L’ensemble de ces travaux d’électrochimie sur les ménadiones, en collaboration avec l’équipe d’infochimie de l’Université de Strasbourg dirigée par le Prof. Alexandre Varnek, a été publié dans une seconde publication de thèse : Chemistry Eur. J. (2015), 21, 3415-3424, avec le titre:

Electrochemical properties of substituted 2-methyl-1,4-naphthoquinones: redox behavior predictions.238194

Chapitre IV

Synthèse de métabolites postulés : les