L’objectif principal de ce travail de thèse était de démontrer que les techniques immuno- analytiques, bien connues dans le monde du diagnostic, pouvaient être appliquées efficacement au criblage des catalyseurs chimiques et biologiques.
Cet objectif a été atteint puisque dans les deux types de projet, décrits dans ce travail, à savoir le criblage de catalyseurs asymétriques et le criblage de catalyseurs pour les réactions de couplage, les outils immunologiques que nous avons développés se sont avérées précieux et nous ont permis d’accélérer le processus de découverte et d’optimisation de catalyseurs.
Dans le chapitre 2 spécialement, est présente le criblage de systèmes catalytiques pour deux réactions énantiosélectives à l’aide d’un test par compétition utilisant des anticorps monoclonaux énantiosélectifs. Pour la réaction d’insertion énantiosélective des carbénoïdes dans la liaison OH de l’eau, 840 systèmes ont été téstés, ce qui à conduit à la découverte d’un complexe cuivre – semicorrine catalysant la réaction avec un rendement de 42% et un excès énantiomérique de 85% en faveur de l’énantiomère (S) ce qui représentait à l’époque où les travaux ont été effectués les meilleurs résultats pour cette transformation164. Nos essais d’amélioration du rendement et de l’excès de cette transformation, malheureusement n’ont pas fourni les résultats escomptés. En ce qui concerne la réaction de réduction asymétrique des α- cétoesters, 216 expériences ont été conduites ce qui nous a permis de mettre au jour quelques systèmes catalytiques fournissant l’accès aux deux énantiomères du produit de cette réaction. Les excès énantiomériques sont de l’ordre de 90%, par contre les rendements sont à améliorer. Un système organométallique en particulier s’est avéré plus efficace en termes de ee que le meilleur système décrit pour cette réaction asymétrique. Bien sûr, un travail expérimental doit être entrepris pour compléter cette étude.
Nous avons également pu démontrer dans le chapitre 3 qu’il était possible de développer ce test de criblage à moindre coût en utilisant des anticorps polyclonaux énantiospécifiques. Ces derniers ont été obtenus suite à une immunisation en utilisant des composés énantiopurs. Nous avons aussi montré que ce test pouvait être appliqué à une famille entière de produits, sans que des interférences significatives se produisent. Afin de démontrer le concept, nous l’avons utilisé
164
En 2007 le meilleur système décrit dans la littérature fournissait 55% de rendement et seulement 15% de ee pour cette transformation.
pour le criblage de biocatalyseurs pour la réaction d’ouverture enantiosélective des oxazolones. Cette étude a permis d’établir rapidement un profil de spécificité d’une dizaine de biocatalyseurs.
Enfin, le dernier chapitre présente une méthode immunométrique communément appelée « sandwich » et ses applications pour le criblage de catalyseurs pour les réactions de couplage. Dans le cadre de ce travail, le criblage de 400 conditions expérimentales différentes nous avons découvert un ligand du cuivre performant pour la réaction de cycloaddition alcyne-azoture de Huisgen. Ce ligand est plus performant que le ligand de référence utilisé en bioconjugaison (le sel disodique de la bathophénanthroline) dans des conditions difficiles de catalyse, à très faible concentration en substrat (10 µM).
En réalisant ce travail de thèse nous avons montré que les méthodes immunoenzymatiques sont des méthodes de choix pour le criblage et la découverte de nouveaux catalyseurs.
De façon plus globale, les trois études présentées dans ce travail de thèse, montrent qu’il est possible d’obtenir dans une période relativement courte des systèmes catalytiques rivalisant avec les meilleurs décrits dans la littérature. Une étape supérieure dans cette recherche consisterait à appliquer cette stratégie sur une banque plus étendue de catalyseurs potentiels de manière à augmenter la probabilité de découvrir des systèmes encore plus performants. Certaines limites de ce type d’approche sont toutefois à mentionner. En effet, les expériences de catalyse menées en grand nombre nécessitent des procédures expérimentales simplifiées et sont parfois incompatibles avec certaines réactions nécessitant une grande rigueur expérimentale. Ce problème est essentiellement technologique et a été au moins en partie résolu par l’utilisation de robots notamment dans l’industrie. Une société comme Chemspeed par exemple fournit des robots capables de réaliser un grand nombre de réactions chimiques en mode parallèle, allant de la pesée automatisée des réactifs et leur distribution dans des réacteurs multiples jusqu’à l’analyse des bruts réactionnels. L’utilisation de tels robots est l’une des voies pouvant réduire le temps nécessaire à la découverte de nouveaux catalyseurs d’intérêt mais cette approche technologique trouvera probablement toute son efficacité lorsqu’elle pourra être alliée à une conception et une synthèse de catalyseur de grande ampleur. En effet, la préparation des catalyseurs asymétriques notamment, impliquant la synthèse de ligands chiraux, nécessite de gros efforts de synthèse et par conséquent demande du temps. En revanche, la capacité à générer « rapidement » de la diversité structurale peut être obtenue dans les systèmes hybrides constitués de systèmes organométalliques enfouis dans des sites protéiques assurant le rôle de copule
chirale. Dans ce cas, la difficulté à générer de larges banques de complexes organométalliques chiraux est contournée en utilisant la diversité structurale des macromolécules biologiques. Ces projets très prometteurs ont déjà été abordés avec succès surtout avec les systèmes streptavidine/biotine165.
165 a) J. Collot, N. Humbert, A. Zocchi, J. Gradinaru, M. Skander, A. Loosli, J. Sauser, G. Klein, T. R. Ward, J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 14411; b) C. Letondor, N. Humbert, T.R. Ward, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2005, 102, 4683;
c) G. Klein, N. Humbert, J. Gradinaru, A. Ivanova, F. Gilardoni, U.E. Rusbandi, T.R. Ward, Angew. Chem. Intl. Ed.
Engl. 2005, 44, 7764; d) C. Letondor, A. Pordea, N. Humbert, A. Ivanova, S. Mazurek, M. Novic, T.R. Ward, J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 8320.