Détermination de la configuration absolue des énantiomères du lyonirésinol

1. Matériel et méthodes

Les travaux présentés dans cette partie ont été réalisés en collaboration avec le Dr. Thierry Buffeteau et le Dr. Nicolas Daugey, de l’UMR 5255 (Institut des Sciences Moléculaires de Bordeaux).

Afin de déterminer sans ambiguïté la configuration absolue des énantiomères, une technique chiroptique spectroscopique appelée Dichroïsme Circulaire Vibrationnel (VCD) a été utilisée.

Les spectres IR et VCD des énantiomères du lyonirésinol a et b ont été mesurés dans du DMSO-d6 à une concentration de 50 mM.

Calculs de chimie quantique : Théorie de la Fonctionnelle Densité (DFT)

Le calcul théorique des spectres IR et VCD commence par une analyse conformationnelle détaillée de la molécule de lyonirésinol. Cette analyse a nécessité

XIC MS négatif m/z= 419,1712 XIC MS négatif m/z= 419,1712 XIC MS négatif m/z= 419,1712 (±)-lyonirésinol lyonirésinol a lyonirésinol b

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d’explorer la surface d’énergie potentielle (SEP) de l’énantiomère (8R, 8′R, 7′S) (a). Puis, des calculs semi-empiriques au niveau RM1 (Rocha, Freire et al. 2006) ont été réalisés en utilisant la technique du recuit simulé (Bockisch, Liotard et al. 1992) implémentée dans le logiciel AMPAC (Semichem 2004), afin de déterminer les énergies relatives des conformères trouvés dans les minima locaux de la SEP. Les minima d’énergie ont été obtenus en deux étapes : (i) une recherche non-locale basée sur la modification des principaux angles dièdres et (ii) un relâchement de l'énergie locale de l'ensemble des degrés de liberté pour chacun des minima collectés à l'étape précédente. Soixante-douze conformères, à moins de 3 kcal/mole du conformère de plus basse énergie, ont été conservés pour des calculs plus précis grâce à la Théorie de la Fonctionnelle de la Densité (DFT).

L’optimisation des géométries, le calcul des fréquences vibrationnelles et des spectres IR et VCD ont été réalisés à partir du programme Gaussian 09 (Frisch, et al., 2009) sur le cluster DELL du centre de calcul MCIA de l’université de Bordeaux. Pour chacun des 72 conformères du (8R, 8′R, 7′S)-lyonirésinol, la géométrie optimisée a été calculée par la DFT en utilisant la fonctionnelle B3PW91 et la base 6-311G**. Les fréquences vibrationnelles et les spectres IR et VCD ont été calculés au même niveau de théorie, en considérant la molécule isolée dans le vide. Pour comparer les spectres théoriques et expérimentaux, les fréquences calculées ont été multipliées par 0,968 et les intensités calculées ont été converties en lorentziennes avec une demi-largeur de 7 cm^-1.

2. Résultats et discussion

La RMN mono- et bi-dimensionnelle (expérience de ROESY) a permis de confirmer la configuration relative de chacun des énantiomères. En effet, les spectres RMN ¹H des composés a et b sont superposables au spectre du (±)-lyonirésinol et les données RMN sont identiques à celles reportées dans la littérature pour le lyonirésinol (Kato, 1963 ; Dadá et al., 1989 ; X.-Y. Zhang et al., 2006 ; Imai et al., 2013) (ANNEXE 2).

En outre, le pouvoir rotatoire spécifique des composés a et b est mesuré à + 43 et - 45, respectivement. Ces deux valeurs sont similaires et de signe opposé, ce qui confirme leur relation d’énantiomérie. On peut associer le (+)-lyonirésinol a au premier pic tR = 5,92 min et le (-)-lyonirésinol b au second pic tR = 7,17 min.

La configuration absolue du (+)-lyonirésinol a été proposée de façon empirique comme étant (8R, 8′R, 7′S)-(+)-lyonirésinol, par la mise en œuvre de réactions de dégradation de dérivés et par comparaison avec des composés connus (Kato, 1963). La configuration absolue des énantiomères du lyonirésinol n’a jamais été confirmée par des techniques

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spectroscopiques chiroptiques (Dichroïsme Circulaire Electronique (ECD) ou Vibrationnel (VCD)) associées à des calculs théoriques. Dans ce chapitre, la technique du VCD (Freedman

et al., 2003) est utilisée afin de déterminer sans ambiguïté la stéréochimie absolue des

molécules. Cette méthode consiste dans un premier temps à enregistrer le spectre VCD des deux énantiomères. Les énantiomères présentent des bandes VCD de signe opposé pour chaque mode vibrationnel, ainsi le spectre du VCD fourni une signature unique et riche de la configuration absolue du composé. En parallèle, le spectre théorique de l’une des deux configurations est calculé, à l’aide de méthodes de chimie quantique. La contribution des différents conformères est définie par leur répartition statistique. Enfin, les données expérimentales et théoriques sont comparées : la configuration absolue utilisée pour le calcul est associée au composé dont le spectre expérimental correspond au spectre théorique (Stephens et al., 2000).

Le spectre VCD expérimental des deux énantiomères du lyonirésinol est reporté en

Figure 23. Les deux spectres sont bien symétriques par rapport à la ligne de base et les

bandes présentent des signes opposés pour les deux molécules, ce qui apporte une nouvelle confirmation de leur relation d’énantiomérie.

Figure 23. Comparaison des spectres VCD expérimentaux du (+)-lyonirésinol a et

(-)-lyonirésinol b avec le spectre VCD calculé pour l’isomère (8R, 8′R, 7′S)-(-)-lyonirésinol. (8R, 8′R, 7′S)-lyonirésinol

Δε

Longueur d’onde (nm^-1) (+)-lyonirésinol a

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Le spectre VCD calculé pour la forme (8R, 8′R, 7′S)-lyonirésinol est représenté également sur la Figure 23. Celui-ci a été optimisé par les calculs quantiques en tenant compte des conformations les plus stables. L’ANNEXE 3 présente un récapitulatif des résultats des calculs d’optimisation des 28 conformations les plus stables. Les cinq conformations les plus stables, représentant 50 % des conformations les plus probables, sont prises en compte dans le calcul du spectre théorique. Elles sont présentées en Figure 24.

Figure 24. Conformations des molécules du (8R, 8′R, 7′S)-(+)-lyonirésinol 1a représentant 50

% des conformations les plus stables prises en compte dans le calcul du spectre théorique.

Ainsi, le spectre théorique calculé est comparé aux spectres expérimentaux. On voit que le spectre VCD prédit pour l’isomère (8R, 8′R, 7′S)-lyonirésinol reproduit bien l’intensité et le signe de chacune des bandes du spectre expérimental du (+)-lyonirésinol a. Cela établit sans ambiguïté la configuration absolue (8R, 8′R, 7′S) pour le (+)-lyonirésinol a.

C. Caractérisation sensorielle des énantiomères du lyonirésinol