Conditions photocatalytiques

Pour les études photocatalytiques l’espèce réductrice est créée in situ par irradiation de la solution. Cela revient donc à faire un ajout progressif du réducteur au cours de la réaction. Afin d’éviter un début de réaction dû à la lumière naturelle, le photosensibilisateur est ajouté simultanément à la mesure d’hydrogène et à l’irradiation par lampe xénon. Nous avons alors pu constater que la réaction de production d’hydrogène avec agitation de la solution est beaucoup plus lente en condition de photoréduction que lors de l’utilisation de réducteurs chimiques. Ainsi, dans le cas par exemple de l’utilisation de la déazaflavine comme photosensibilisateur, la concentration en hydrogène se stabilise au maximum en une vingtaine de minutes. Le phénomène est encore plus marqué lorsqu’on utilise le complexe de ruthénium (II) trisbipyridine comme photosensibilisateur puisqu’il faut attendre environ une heure pour observer une stabilisation de la concentration en hydrogène. Ce phénomène s’explique par le fait que la réaction de réduction est contrôlée par l’excitation du photosensibilisateur et donc limitée par le flux de photons.

Enfin, en conditions photocatalytiques nous n’avons pas observé de coloration bleue de la solution lors de l’ajout du photosensibilisateur ou durant la réaction. Or, comme on le verra ci-après, il y a bien production d’hydrogène. Cette absence de coloration s’explique par le fait que les concentrations en cobalt utilisées dans ces expériences sont inférieures (30 µM et 10 µM) et est à mettre en relation avec la cinétique beaucoup plus lente de la réaction ne permettant pas l’accumulation de l’intermédiaire Co(I).

2.2.2.1. Couple [Ru(bipy)

]Cl

/ascorbate à pH 6

Dans le cas de l’emploi du complexe [Ru(bipy)3]2+ comme photosensibilisateur et de

l’ascorbate comme donneur d’électrons sacrificiel, permettant d’atteindre un potentiel électrochimique de l’ordre du réducteur Eu-EGTA, nous avons décidé de travailler en présence de 10 µM de complexe ou d’hybride en tampon phosphate 50 mM, ascorbate 100 mM à pH 6 avec 20 équivalents (200 µM) de photosensibilisateur. En effet, dans ces conditions, les complexes seuls en solution ont montré une bonne activité catalytique avec 7 cycles catalytiques (+/- 0%) en environ 40 min pour [Co(dmgH)2(H2O)2] et 5.5 cycles catalytiques en

Figure 176. Cycles catalytique en hydrogène (TON) en fonction du temps (min) pour [Co(dmgH)2(H2O)2] (bleu) et [Co(dmgBF2)2(H2O)2] (orange) en présence de ruthénium (20 équivalents) dans du tampon phosphate de potassium 50 mM/ascorbate 100 mM à pH 6 sous irradiation.

Nous avons également testé les hybrides avec la myoglobine comme enveloppe protéique pour les cobaloximes. Que ce soit Mb-[Co(dmgH)2(H2O)2] ou Mb-[Co(dmgBF2)2(H2O)2] nous

avons obtenu des résultats avec un écart entre les mesures relativement grand puisque de l’ordre de 33%. Il a donc été difficile de sortir une valeur d’activité catalytique pour ces hybrides. Cependant dans les tous les cas on a obtenu plus d’un cycle catalytique mais avec des valeurs toujours inférieures à celles mesurées pour les complexes seuls en solution. Les résultats obtenus sont regroupés dans le tableau 11.

[Ru(bipy)3]2+ CoH 10µM CoH 7-7 MbCoH 1.5-3 (33%) CoB 10µM CoB 5.5-5 (5.25+/- 5%) MbCoB 5-2.5 (3.75+/- 33%)

Tableau 11. Tableau récapitulatif des différentes valeurs de l’activité catalytique en TON. La valeur moyenne ainsi que l’écart des mesures sont rapportés entre parenthèse. Ajout complet en 1 fois.

2.2.2.2. Couple déazaflavine/Tris à pH 7

Nous avons également utilisé la déazaflavine comme photosensibilisateur associée au tampon Tris comme dérivé aminé donneur d’électrons sacrificiel (figure 177).

Figure 177. Structure du tampon Tris : 2-Amino-2-(hydroxyméthyl)propane-1,3-diol.

L’espèce DAFH° a un potentiel de -0.65 V par rapport à l’électrode normale à hydrogène à pH 7 donc il s’agit du réducteur le plus doux utilisé jusqu’alors. La déazaflavine étant nécessaire en quantité catalytique seul 0.5 équivalent a été ajouté à la solution simultanément à l’irradiation et à la mesure de la concentration en hydrogène.

Dans le cas de [Co(dmgBF2)2(H2O)2] et de l’hybride associé Mb-[Co(dmgBF2)2(H2O)2] les

résultats obtenus sont assez similaires à ceux obtenus avec le réducteur Eu-EGTA (de potentiel -0.88 V par rapport à l’électrode normale à hydrogène). Nous avons donc été amené à travailler à des concentrations en cobalt de 30 µM afin d’avoir des mesures suffisamment significatives. En effet, dans ces conditions, le complexe seul en solution a montré une activité de 2 cycles catalytiques (+/- 20%) et l’activité de l’hybride Mb-[Co(dmgBF2)2(H2O)2] n’est pas catalytique

avec une production d’environ 0.7 équivalent (+/- 25%) d’hydrogène par rapport au cobalt comme on peut le voir figure 178.

Figure 178. Cycles catalytique en hydrogène (TON) en fonction du temps (min) pour [Co(dmgBF2)2(H2O)2] (rouge) et Mb-[Co(dmgBF2)2(H2O)2] (orange) en présence de déazaflavine (0,5 équivalents) dans du tampon Tris 50mM pH 7 +

Le complexe [Co(dmgH)2(H2O)2] a montré quant à lui des activités plus significatives. En effet

à une concentration de 30µM en cobalt nous avons pu obtenir pour le complexe en solution une activité d’environ 8 cycles catalytiques (+/- 20 %). Dans les mêmes conditions l’hybride Mb-[Co(dmgH)2(H2O)2] a effectué environ 4 cycles catalytiques (+/- 25%) comme on peut le

voir figure 179.

Figure 179. Cycles catalytiques en hydrogène (TON) en fonction du temps (min) pour [Co(dmgBF2)2(H2O)2] (rouge) et Mb-[Co(dmgBF2)2(H2O)2] (orange) en présence de déazaflavine (0,5 équivalents) dans du tampon Tris 50 mM pH 7 + 100 mM NaCl sous irradiation.

L’activité catalytique du complexe seul en solution étant relativement importante nous avons pu diminuer encore la concentration en cobalt et donc en déazaflavine ce qui a eu pour effet d’améliorer l’activité catalytique du système. Ainsi pour une concentration de 10 µM en cobalt on a pu obtenir environ 20 cycles catalytiques (+/- 12%) pour le complexe [Co(dmgH)2(H2O)2]

seul en solution. En présence d’hème oxygénase 1 de rat la cobaloxime a montré une activité catalytique de 6.2 cycles (+/- 2%). L’hybride HmuO-[Co(dmgH)2(H2O)2], a quant à lui montré

de meilleures activités catalytiques puisque nous avons obtenu 15.3 cycles catalytiques (+/- 11%). Cette valeur reste inférieure à l’activité catalytique du complexe seul mais il s’agit de la meilleure activité catalytique mesurée pour nos hydrogénases artificielles.

Figure 180. Cycles catalytiques en hydrogène (TON) en fonction du temps (min) pour [Co(dmgH)2(H2O)2] (orange), HmuO-[Co(dmgH)2(H2O)2] (bleu) et HO1-[Co(dmgH)2(H2O)2] (rouge) en présence de déazaflavine (0,5 équivalents) dans du tampon Tris 50 mM pH 7 + 100 mM NaCl sous irradiation.

Les différentes activités catalytiques obtenues sont rapportées dans le tableau 12. DAF CoH 30 µM 10µM CoH 8-8-7 (8.3 +/-20%) 18-23 (20.5 +/- 12%) MbCoH 3-5 (4 +/- 25%) HOCoH 6.3-6 (6.15 +/- 2%) HmuOCoH 16-14.5 (15.25+/- 11%) CoB 30 µM 10µM CoB 1.5-2-2.4-2.2 (2 +/- 20%) MbCoB 0.5-0.8 (0.65 +/- 25%)

Tableau 12. Tableau récapitulatif des différentes valeurs de l’activité catalytique en TON. La valeur moyenne ainsi que l’écart des mesures sont rapportés entre parenthèse. Ajout complet en 1 fois – ajout progressif.