2 12 4 29 Note 100 COR 200
Introduction à la Chimie Organique Chargé de cours: Luc Boisvert
Examen: FINAL Documentation Permise: Modèle moléculaire
Date: Mercredi le 15 décembre 2004 Durée : 180 minutes
NOM:
CORRIGÉ
Matricule:Ce questionnaire comprend 5 questions réparties sur 15 pages pour un total de 100 points.
Il y a deux annexes et des feuilles blanches en fin d’examen. (Vous pouvez les arracher !)
Question 1. 6 points
Pour chaque paire de molécules ci-dessous, indiquez s'il s'agit de diastéréoisomères, d'énantiomères ou s'il s'agit de la même molécule.
a) F H
Cl Br
vs.
Br F
H Cl
b) HO
H OH Me
H Me
vs.
Me HO H H
OH Me
Réponse: énantiomères Réponse: diastéréoisomères
c) Br
H2N
vs.
Br
NH2
d) CO2H
CH3O
Ph
CF3 vs. CH3O
CO2H
Ph CF3
Réponse: même molécule Réponse: énantiomères
e)
H CN
OH
CH3 vs. H
OH
CH3 CN
f) NO2
OH vs.
NO2 OH
Réponse: même molécule Réponse: même molécule
Question 2. 12 points
Considérez les deux expériences suivantes:
H2, Pd
conditions d'hydrogénation catalytique
intact
H2, Pd
conditions d'hydrogénation catalytique
ouverture du cycle
CH2 CH2 CH2
CH3 CH3
a) Expliquez brièvement pourquoi il est possible d'ouvrir le cyclopropane par une réaction d'hydrogénation catalytique ET pourquoi le cyclohexane ne réagit pas dans les mêmes conditions.
Le cyclopropane est très tendu (tension d’angle et tension d’éclipses) de sorte qu’il réagit de façon à soulager cette tension. Une fois ouvert, il n’y a ni tension d’angle ni tension d’éclipse.
Le cyclohexane ne contient aucune tension de cycle (ni tension d’angle ni tension d’éclipses) de sorte qu’il n’a pas tendance à réagir en ouvrant le cycle.
b) Dessinez le diagramme de l'énergie libre de Gibbs en fonction de l'angle dièdre entre le groupement t-Bu et le groupement OMe pour les conformations du composé A par rotation autour de la liaison indiquée. (Dessinez la courbe ET dessinez la projection de Newman de la conformation retrouvée à chacun des angles inscrits sur le diagramme.) (Pour faciliter votre travail, je vous suggère de commencer par l’angle dièdre de 180° puis d’effectuer les rotations dans les sens horaire et anti-horaire.)
OMe
H H
t-Bu
Me Me
t-Bu
Me Me
H
H OMe H
H O
t-Bu
Me MeMe
t-Bu
Me Me
OMe
H H H
MeO H
t-Bu
Me Me
t-Bu
Me Me
H
MeO H OMe
H H
t-Bu
Me Me
G
t-Bu Me OMe Me
A
0 60 120 180 240 300 360 Angle dièdre (°)
Question 3. 19.5 points
a) Dessinez la projection de Haworth du α-D-xylopyranose ET du β-D-xylopyranose (cycles à SIX membres). (Attention! c'est un pentose.)
CHO OH H
H HO
OH H
CH2OH
H O
OH
H OH H OH H
OH
H O
OH
OH H H OH H
OH
D-(+)-xylose α-D-xylopyranose β-D-xylopyranose
b) Dessinez les deux formes chaises du β-D-xylopyranose ET dites laquelle est la plus stable ET expliquez brièvement (ne considérez seulement que les interactions 1,3-diaxiales).
O OH OH
HOHO O
OH
OH OH
OH H H
Aucune interaction 1,3-diaxiale 2 interactions 1,3-diaxiale OH/OH
⇒ la plus stable 2 interactions 1,3-diaxiale OH/H c) Identifiez ces sucres (3 éléments dans votre réponse: nom trivial ET D/L ET d/l).
a) OH
OH OH
OH OH O
H
b) OH
H CHO
H CH2OH OH
Réponse: L-(l)-galactose Réponse: L-(d)-érythrose
c) O OH
OH HO
OH d)
O HOCH2
OH
OH OH OH
Réponse: D-(d)-ribose Réponse: D-(l)-gulose
Question 4. 29 points
Le Dogme Central de la Biologie Moléculaire tel que formulé par Francis Crick est le suivant: une portion de l'ADN est transcrite en un brin complémentaire d'ARN puis l'ARN est traduit en protéine.
ADN ARN Protéine
réplication transcription traduction
Une fois synthétisée, une protéine se replie sur elle-même pour adopter une forme tridimensionnelle caractéristique qui permet à la protéine de remplir ses fonctions biologiques. Ce processus de repliement est encore plutôt mal compris et, grâce à plusieurs avancements technologiques récents, constitue un domaine de recherche des plus actif aujourd'hui.
I état non replié (unfolded) II état replié (folded) ⇒ état natif Une des théories actuelles permettant d'expliquer le processus de repliement est la théorie de l'effondrement hydrophobe (hydrophobic collapse).
a) Expliquez brièvement ce qu'est l'effet hydrophobe ET dites comment cet effet permet d’expliquer (du moins en partie) le fait qu’une protéine se replie spontanément.
Effet hydrophobe : Lorsqu’en solution aqueuse, des composés (ou parties de composés) non polaires ont tendance à se rapprocher de façon à minimiser leur surface de contact avec l’eau.
Sous sa forme non repliée, la protéine comporte plusieurs résidus comportant des chaînes latérales hydrophobes en contact avec l’eau (ce qui est défavorable énergétiquement). En se repliant, ces résidus sont enfouis à l’intérieur de la protéine et leur contact avec les molécules d’eau est minimisé (ce qui est
favorable énergétiquement).
Mis à part l'effet hydrophobe, plusieurs facteurs contribuent à maintenir l'intégrité structurale d'une protéine et à déterminer la forme tridimensionnelle qu'elle adopte.
b) Énumérez six facteurs (autres que l'effet hydrophobe) qui influencent la forme tridimensionnelle qu'adopte une protéine.
6 parmi les suivants : 5) liaisons hydrogène
1) structure primaire 6) interactions ioniques
2) présence de liaisons peptidiques rigides et planaires 7) interactions de van der Waals 3) présence de résidus proline 8) coordination à des métaux 4) présence de ponts disulfure 9) interactions aromatique-aromatique La forme 3D adoptée par une protéine est généralement la forme la plus stable thermodynamiquement dans les conditions physiologiques: cette forme repliée est appelée la conformation native de la protéine.
La différence d'énergie libre de Gibbs à 37ºC entre l'état replié et l'état non replié est généralement entre 20 et 60 kJ/mol (la valeur pour une protéine donnée peut être bien en dehors de ces valeurs générales, tout dépendant de sa structure, de sa grosseur, etc.)
c) Discutez brièvement du changement d'entropie associé au passage de l’état non replié à l’état replié d'une protéine ET dites quelle devrait être la valeur du changement d'entropie (∆S = 0 ou ∆S > 0 ou
∆S < 0) ET dites si ce processus est favorisé entropiquement.
État non replié : structure désordonnée, grande liberté de mouvement, entropie élevée
État replié : structure beaucoup plus ordonnée, moins grande liberté de mouvement, entropie moins élevée Pour la transformation État non replié → État replié : ∆S < 0 diminution d’entropie
⇒ Processus défavorisé entropiquement
(N.B. Le processus peut quand même être favorisé entropiquement si plusieurs molécules d'eau sont relâchées lors du repliement de la protéine.)
d) Discutez brièvement du changement d'enthalpie associé au passage de l’état non replié à l’état replié d'une protéine ET dites quelle devrait être la valeur du changement d'enthalpie (∆H = 0 ou ∆H > 0 ou ∆H < 0) ET dites si ce processus est favorisé enthalpiquement.
État non replié : plusieurs interactions stabilisantes (liens-H, interactions avec ions et dipôles) entre les molécules d’eau et la protéines mais aussi plusieurs groupements hydrophobes en contact avec l’eau (déstabilisant).
État replié : plusieurs interactions intramoléculaires (i.e. entre différents groupements sur la protéine) et intermoléculaires (i.e. avec les molécules d’eau) stabilisantes (liens-H, interactions entre ions et dipôles) et donc peu de différence à ce niveau avec l’état non replié. La grande différence est que les groupements hydrophobes ne
sont plus exposés au solvant (ce qui est stabilisant).
Pour la transformation État non replié → État replié : ∆H < 0 diminution d’enthalpie
⇒ Processus favorisé enthalpiquement
La rotation autour des liaisons peptidiques est lente à cause du caractère de double liaison du lien C-N dû à la présence de résonance.
O N
R H
R'
lent O
N
R R'
H
conformation cis conformation
trans
e) Dites quelle conformation (cis ou trans) est la plus stable pour un lien amide comme celui ci- dessus. (Pas de justification nécessaire.)
La conformation trans est la plus stable (la conformation cis est déstabilisée par des interactions stériques entre R et R’).
La rotation autour de liens peptidiques impliquant certains résidus (en particulier la proline) est souvent très lente, de telle sorte que cette rotation constitue l'étape déterminante du processus de repliement de certaines protéines. Par contre, des enzymes appelées isomérases peuvent catalyser l'interconversion entre les conformations cis et trans.
f) En respectant ce que vous avez écrit en e) ci-dessus:
1) Dessinez le diagramme d'énergie représentant l'interconversion des conformations cis et trans d'un lien
peptidique.*
2) Dessinez le diagramme d'énergie pour le même processus mais cette fois catalysé par une enzyme ET identifiez bien d'où
provient la plus grande vitesse de la réaction catalysée.*
(Les deux dernières étapes sont exergoniques.)
Protcis Prottrans E + Protcis E-Protcis E-Prottrans E + Prottrans
G
Protcis
Prottrans
∆Gnon cat
∆G1
G
E+Protcis
E+Prottrans
∆Gcat
∆Gnon cat
∆Gcat
Donc la réaction catalysée est plus rapide
E-Protcis
E-Prottrans
∆G2
∆G2 = ∆G1
Avancement de l'interconversion Avancement de l'interconversion
*Protcis = protéine avec lien peptidique cis; Prottrans = protéine avec lien peptidique trans
Pour étudier les facteurs responsables de la structure tridimensionnelle adoptée par une protéine donnée, il est de coutume de modifier chimiquement la protéine et de vérifier l'effet de ces modifications (souvent appelées mutations) sur la cinétique et la thermodynamique de repliement d'une protéine.
Une des mutations souvent introduites est le remplacement des liaisons amides de la chaîne peptidique d'une protéine (toutes ou seulement quelques-unes) par des liaisons esters:
O N
R R'
H amide III
remplacé par O
O
R R'
ester IV
Les esters étant essentiellement aussi encombrés que les amides, les différences de propriétés introduites par ce genre de mutation se situent principalement à un autre niveau.
g) Identifiez une différence majeure introduite lors du remplacement d'une liaison amide comme III par une liaison ester comme IV.
O N
R R'
H accepteurs de lien-H
PAS accepteur de lien-H
donneur de lien-H
vs. O
O
R R'
accepteurs de lien-H
PAS accepteur de lien-H
Ni accepteur ni donneur de lien-H Un amide comme III comporte un donneur de lien-H alors qu’un ester comme IV n’en contient pas.
(De plus, l’oxygène du C=O d’un amide est plus basique que l’oxygène du C=O d’un ester).
h) En vous servant du tableau en annexe, dessinez correctement en forme zig-zag
le tripeptide (L-Gln)-(L-Val)-(D-Ser) en montrant avec des traits appropriés ( et ) la chiralité à chaque centre asymétrique. (Attention à la configuration absolue du dernier résidu!)
H3N O
N
H O
N H
CO2 OH H2N
O H3N
O N
H O
N H
CO2
OH H2N
⇒ Quatre dessins sont O
acceptés (ils représentent le même peptide, sous des angles
de vue différents):
NH3 O
N H O N H O2C
HO NH2
O NH3
O N H O N H O2C
HO NH2
O
i) Dites quelle est la relation (énantiomère, diastéréoisomère. etc.) entre le tripeptide (L-Gln)-(L- Val)-(D-Ser) dessiné en h) et le tripeptide (L-Gln)-(L-Val)-(L-Ser). (Pas de justification nécessaire.)
Ce sont des diastéréoisomères.
Question 5. 33.5 points
Les maladies neurodégénératives (Alzheimer, Parkinson) sont des maladies extrêmement dévastatrices qui se manifestent principalement à partir de l'âge de 50 ans. Aucun médicament n'existe à ce jour pour guérir les personnes atteintes, les seuls traitements existants n'ayant pour effet que de retarder l'avancement de la maladie ou d'atténuer certains symptômes.
Une percée majeure dans ce domaine (et un sujet qui est extrêmement « hot » dans les sciences biologiques présentement) a été effectuée il y a une douzaine d'années. Des recherches ont démontré que des maladies apparemment très différentes démontrent certaines caractéristiques communes. Ces maladies sont caractérisées par un changement de conformation de certaines protéines, ce qui a pour effet de les rendre dangereuses pour la santé: elles sont ainsi regroupées sous le nom de maladies conformationnelles.
Suite à ce changement de conformation, certaines de ces protéines ont tendance à se regrouper et à précipiter sous forme d'agrégats filamenteux appelés fibrilles d'amyloïde: les maladies conformationnelles menant à la formation de ces fibrilles sont donc appelées maladies amyloïdoses.
Exemples de maladies amyloïdoses
Maladie Protéine qui précipite sous forme de fibrilles d'amyloïde
maladie de Huntington huntingtine
maladie de Alzheimer peptides Aβ, protéines tau
maladie de Parkinson α-synucléine
diabète de type II amyline
structure de fibrille d'amyloïde
typique
Non seulement ces maladies sont-elles caractérisées par la présence de ces fibrilles d'amyloïde mais aussi les fibrilles d'amyloïde obtenues à partir de protéines très différentes ont essentiellement les mêmes caractéristiques. Ceci suggère la très excitante possibilité que ces maladies conformationnelles soient liées par un principe commun et donc qu'une approche thérapeutique commune à toutes ces maladies pourra peut-être un jour être développée (c'est-à-dire: un traitement unique pour toutes ces maladies!) C'est la raison pour laquelle beaucoup de chercheurs étudient ce sujet.
Le rôle des fibrilles d'amyloïde dans ces maladies est encore incertain (sont-ils la cause ou l'effet de la maladie? sont-ils des facteurs mineurs ou majeurs dans ces maladies?) mais il y a déjà des évidences qui suggèrent que la formation de ces fibrilles peut être toxique à plusieurs niveaux:
- les grandes quantités de matières précipitées (de quantités infimes jusqu'à plusieurs kilogrammes!) peuvent déranger le fonctionnement normal des cellules et protéines simplement par leur présence;
- les fibrilles en soi peuvent être toxiques mais il semble de plus en plus que ce soient les intermédiaires rencontrés pendant la transformation des protéines natives en fibrilles qui sont intrinsèquement toxiques.
Il semble aujourd'hui que la majorité (toutes?) des protéines soit capable, sous certaines conditions, de changer de conformation et de former des agrégats insolubles. Ces agrégats, bien que différents pour chaque protéine, ont des caractéristiques communes, entre autres la présence de plusieurs feuillets-β, peu importe s'il y avait ou non de ces structures secondaires dans la protéine native.
a) Dites si les affirmations suivantes concernant les structures secondaires sont vraies ou fausses.
Affirmation VRAI ou FAUX ?
Dans une hélice-α, les chaînes latérales non polaires sont à l'intérieur de l'hélice et les chaînes
latérales polaires sont à l'extérieur de l'hélice. Faux
Les hélices-α sont des structures chirales. Vrai
Les feuillets-β sont des structures chirales. Vrai Pour introduire un tournant dans une chaîne peptidique il faut nécessairement un résidu proline. Faux Les structures hélices-α, feuillets-β et tournants sont principalement maintenues par des liaisons
hydrogène entre les chaînes latérales des résidus qui les constituent. Faux Le changement de conformation de ces protéines provoque éventuellement la précipitation des protéines, c'est-à-dire qu'en changeant de conformation leur solubilité en milieu intracellulaire ou extracellulaire (donc en milieu aqueux) devient si faible qu'elles précipitent.
b) Indiquez trois facteurs structurels qui contribuent à ce qu'une protéine dans son état natif soit soluble en milieu aqueux ET indiquez comment un changement de conformation peut affecter ces facteurs pour diminuer la solubilité aqueuse de cette protéine.
1) liens-H : Des résidus portant des chaînes latérales capables de participer à des liens-H peuvent contribuer à solubiliser une protéine si ils sont à la surface de la protéine et si ils peuvent participer à des liens-H intermoléculaires avec des molécules d’eau. Si un changement de conformation amène ces résidus
à l’intérieur de la protéine, les liens-H avec les molécules d’eau sont moins nombreux et la solubilité aqueuse de la protéine diminue.
2) groupements chargés : Des résidus portant des chaînes latérales chargées peuvent contribuer à solubiliser une protéine si ils sont à la surface de la protéine et si ils peuvent participer à des interactions
avec des molécules d’eau (interactions vues à la section 3.2F des notes de cours). Si un changement de conformation amène ces résidus à l’intérieur de la protéine, ces interactions avec les molécules d’eau sont
moins nombreuses et la solubilité aqueuse de la protéine diminue.
3) hydrophobicité des résidus : Les résidus portant des chaînes latérales hydrophobes se retrouvent principalement à l’intérieur des protéines alors que la majorité de la surface d’une protéine accessible au
solvant est constituée de résidus portant des chaînes latérales hydrophiles. Si un changement de conformation amène plusieurs résidus hydrophobes à la surface de la protéine et des résidus hydrophiles à l’intérieur de la protéine, les interactions favorables eau-résidu hydrophile qui contribuent à solubiliser
la protéine sont diminuées et la solubilité aqueuse de la protéine diminue.
La protéine qui a changé de conformation est généralement considérée comme étant plus stable que la protéine à l’état natif (c’est-à-dire que les fibrilles ne se forment pas en conditions normales pour des raisons cinétiques et non pour des raisons thermodynamiques). Cependant, la différence de stabilité entre la conformation native et la conformation modifiée n’a pas à être très grande pour qu’une grande proportion de protéine native se transforme en fibrille. Ceci est dû au fait que une fois la conformation changée, la protéine précipite du milieu.
c) Expliquez comment la formation d'un solide insoluble dans le milieu réactionnel peut contribuer à déplacer un équilibre chimique du côté des produits de réaction ET dites quel est le nom du principe qui est exploité lors ce processus.
→ Principe de LeChatelier
Si un produit de réaction est enlevé du milieu réactionnel à mesure qu'il est formé, le système réagit en transformant toujours plus de produit de départ de façon à garder le ratio Kéq = [produits]/[réactifs]
constant. Ainsi, si un produit précipite sous forme d'un solide, il n'est plus en solution et c'est comme si la réaction ne le «voyait» plus. Le système réagit donc en essayant d'augmenter la concentration de ce
produit, transformant du même fait les réactifs en produits de réaction.
Pour traiter ces maladies en essayant d’affecter la formation de fibrilles d’amyloïde, plusieurs stratégies générales ont été développées (elles sont toutes encore au stade expérimental). Une approche des plus prometteuse a été dévoilée en 2002 par le groupe de Pepys en Angleterre.
Les fibrilles d’amyloïde seraient normalement dégradées par des enzymes et des globules blancs si ce n’était de la présence de protéines appelées SAP qui se lient aux fibrilles et les protègent contre les agents dégradants. Le groupe de Pepys a découvert des molécules qui se lient aux protéines SAP et qui les dissocient des fibrilles, permettant ainsi aux enzymes et aux globules blancs d’éliminer les fibrilles.
Après avoir testé plusieurs milliers de composés, ils ont découvert que des molécules ayant la structure générale I ci-bas démontraient une activité intéressante pour se complexer aux protéines SAP:
N HS
Me
O O OH premier carbone
asymétrique: C*1
deuxième carbone asymétrique: C*2
* *
I
Parmi tous les stéréoisomères possibles de I, il a été démontré que le stéréoisomère possédant la configuration absolue S en C*1 et la configuration absolue R en C*2 était le plus actif.
d) Dessinez le stéréoisomère de I qui possède une configuration absolue S en C*1 et une configuration absolue R en C*2.
N HS
O O OH H H Me
S
R
Lors de ces premiers tests, ils ont également découvert que les molécules II, qui correspondent aux dimères des molécules ayant la structure I, étaient généralement encore plus actives.
N S
Me
O O OH S
Me
O N
O OH
II
Après plusieurs modifications sur II et de longues études pharmacologiques, ils ont finalement découvert les composés les plus actifs. Ceux-ci possèdent la structure générale III ci-dessous:
N
O O OH
O N
O OH
III
e) Dessinez tous les stéréoisomères possibles pour la structure générale III ET indiquez lesquels font dévier le plan de la lumière polarisée.
3 stéréoisomères différents :
N
O O OH
O N
O OH
N
O O OH
O N
O OH
A : molécule chirale, elle fait dévier le plan de la lumière polarisée (son énantiomère est B)
B : molécule chirale, elle fait dévier le plan de la lumière polarisée (son énantiomère est A)
N
O O OH
O N
O OH
N
O O OH
O N
O OH
C : molécule achirale (c’est un composé méso), elle ne fait pas dévier le plan de la lumière polarisée (c’est la même molécule que celle à droite)
Le composé le plus actif qu'ils ont découvert (un des stéréoisomères de III que nous numéroterons IIIa) s'est trouvé être plus de 100 fois plus actif que le premier composé actif découvert I. Dans des tests pharmacologiques préliminaires, il a été démontré que le composé IIIa se liait effectivement aux protéines SAP et que le complexe IIIa-SAP obtenu était rapidement éliminé et dégradé. Encore plus intéressant est le fait qu'ils ont observé une diminution de la grosseur des dépôts d'amyloïde dans certains animaux traités avec IIIa. Remarquablement, ils ont été capables d'obtenir des cristaux du complexe IIIa-SAP qu'ils ont pu analyser par diffraction des rayons X.
5 molécules de IIIa
Protéine SAP (rayon X):
pentamère, les 5 sous-unités étant retenues par des interactions non
covalentes
Complexe IIIa-SAP (rayon X):
5 molécules de IIIa bloquent les 10 sites récepteurs de 2 protéines SAP
Sur la structure déterminée par diffraction des rayons X du complexe IIIa-SAP, il est observé que les deux parties proliniques de IIIa se lient aux sites récepteurs de deux protéines SAP différentes et que la chaîne aliphatique reliant les deux parties proliniques se retrouve dans la région contenant du solvant entre les deux molécules de SAP.
f) Indiquez sur la structure de la partie prolinique de IIIa ci-dessous les interactions qui pourraient potentiellement contribuer à maintenir la molécule dans le site récepteur d'une protéine.
R N
O O O
interactions de van der Waals et/ou
interactions hydrophobes ATTENTION! cet oxygène n'est
pas accepteur de liaison-H (Pourquoi? Résonance!)
donneur de liaison-H H
coordination à des métaux et/ou
accepteur de liaison-H
ATTENTION! cet azote n'est pas accepteur de liaison-H (Pourquoi?
Résonance!) coordination à des métaux
et/ou accepteur de liaison-H
Il y a également possibilité d'interactions - dipôle-dipôlesite récepteur
- dipôle-dipôle induitsite récepteur
- dipôle-ionsite récepteur
avec les dipôles des liaisons C-N, C-O et O-H.
2ème protéine SAP (5 sous-unités) 1ère protéine SAP
(5 sous-unités)
g) Au pH physiologique, la partir prolinique de IIIa se retrouvera sans doute sous sa forme déprotonée IV. Sur la structure ci-dessous dites quels sont les changements au point de vue des interactions identifiées en f) si la molécule se présente dans le site récepteur sous la forme déprotonée IV.
(Ne répétez pas tout ce qui est écrit en f), dites seulement ce qui change).
Changements au niveau des interactions avec le site récepteur:
- la fonction carboxylate n’est pas donneur de lien-H;
- l’oxygène est maintenent accepteur de lien-H et il peut aussi coordonner à des métaux;
- nouvelles interactions possibles de type
R N
O O O
IV ion-ionsite récepteur
ion-dipôlesite récepteur
ion-dipôle induitsite récepteur
En fait, la structure déterminée par rayons X (dont voici un agrandissement) révèle les caractéristiques suivantes :
1) l’acide carboxylique de IIIa est présent sous la forme déprotonée et le carboxylate est lié à un ion mtallique Ca2+ situé dans la protéine (boule dans la
structure ci-contre);
2) la partie hydrophobe du cycle de la partie prolinique de IIIa est maintenue en place par des interactions hydrophobes avec les résidus Tyr 74, Leu 62 et Tyr
64;
3) il n’y a aucun contact entre les deux protéines SAP et elles sont clairement séparées par une région remplie de solvant;
4) dans cette région, la chaîne alkyle reliant les deux parties prolinique de IIIa est repliée et adopte une conformation dans laquelle la relation anti n’est pas respectée tout au long de la chaîne (il y a des interactions d’éclipse autour de la
liaison C1-C2);
5) à noter : la conformation adoptée par IIIa est la conformation cis-cis (voir question l) ci-bas).
Pour étudier ce dernier aspect, il est nécessaire d'avoir accès à IV en grande quantité. Pour ce faire, il faut déprotoner complètement IIIa avec une base appropriée. Avant de choisir une base pour déprotoner IIIa, il est nécessaire de savoir quel est le pKa de IIIa. Le groupement qui est déprotoné dans IIIa est un groupement acide carboxylique -CO2H comme celui retrouvé dans un acide carboxylique typique comme l'acide acétique CH3CO2H. Le pKa (H2O) de l'acide acétique est de 4.76 alors que le pKa du groupement acide carboxylique de IIIa est plus bas à une valeur proche de 2.0.
h) Expliquez pourquoi le groupement acide carboxylique de IIIa est plus acide que le groupement acide carboxylique de CH3CO2H.
⇒ Pour discuter, on ne regarde pas l'acide de départ, on regarde sa base conjuguée.
1) Résonance :
N O OH R
IIIa
CH3CO2H
N
O O
R ↔
N
O O
R vs. O O ↔ O O
pKa ~ 2.0 vs.
pKa = 4.76 ⇒ Pas de différence
2) Induction
N
O O
R vs.
CH3
O O
La charge négative est stabilisée par l'effet inductif de l’atome d’azote électronégatif donc cette base conjuguée est la plus stable et l'acide
correspondant est le plus fort.
La charge négative est déstabilisée par l'effet électrodonneur (faible) du groupement CH3 donc
cette base conjuguée est moins stable et l'acide correspondant est moins fort.
i) Les deux bases dont vous disposez en laboratoire sont la diphénylamine Ph2NH et la diéthylamine Et2NH. Écrivez les équations complètes de déprotonation de IIIa (utilisez la structure partielle dessinée ci-dessous) ET en vous servant des bonnes valeurs de pKa (!!!) calculez la constante d'équilibre Kéq pour les réactions de déprotonation de IIIa avec Ph2NH et Et2NH (laissez votre réponse sous la forme 1 x 10Z) ET dites quelle base vous allez choisir pour déprotoner IIIA.
Composé pKa (H2O) Composé pKa (H2O)
Ph2NH 25
Ph2NH2+ 1
Et2NH 38
IIIa
N
O OH
R 2.0
Et2NH2+ 11
Déprotonation avec Ph2NH Déprotonation avec Et2NH
Équation: Équation:
N O OH
R + Ph2NH
N
O O
R + Ph2NH2+
N O OH
R + Et2NH
N
O O
R + Et2NH2+
(≡ HA) (≡ HB) (≡ HA) (≡ HB)
Calcul de Kéq : Kéq = 1x10(pKa (HB) - pKa (HA))
= 1x101-2
= 1x10-1
Calcul de Kéq : Kéq = 1x10(pKa (HB) - pKa (HA))
= 1x1011-2
= 1x10+9
Base choisie pour déprotoner IIIa: Et2NH
j) Dites laquelle des deux réactions ci-dessus est la plus exergonique. (Pas de justification nécessaire).
La réaction de déprotonation avec Et2NH est la plus exergonique (en fait la réaction avec Ph2NH est endergonique), ce qui peut être vérifié en calculant la valeur de ∆G avec la relation de Gibbs.
k) Dites laquelle des deux bases Ph2NH ou Et2NH est la plus forte ET justifiez brièvement.
La base la plus forte est Et2NH. 2 façons d’expliquer :
L’azote de Et2NH comporte 2 groupements alkyles (faiblement) électrodonneurs par induction ce qui rend l’azote plus riche en électron donc plus basique. Par contre, le doublet d’électrons sur l’azote de Ph2NH est beaucoup moins basique puisqu’il est en résonance dans les cycles aromatiques (comme il est impliqué
dans la résonance, il est moins disponible pour agir comme base).
ou
La charge positive portée par Et2NH2+ est stabilisée par les 2 groupements alkyles (faiblement) électrodonneurs par induction. Par contre, la charge positive portée par Ph2NH2+ n’est pas particulièrement stabilisée par induction et en plus, en passant de Ph2NH à Ph2NH2+ on passe d’un composé dans lequel l’azote est impliqué dans la résonance (stabilisant) à un composés dans lequel
l’azote n’est plus impliqué dans la résonance (moins stable).
La molécule IIIa peut exister sous une infinité de conformations mais la résonance dans le groupement amide impose des restrictions quant aux conformations accessibles autour de ces liaisons, de sorte que la molécule IIIa ne possède que 3 conformations différentes à ce niveau. Des trois conformations ci-dessous, la conformation trans-trans est de loin la plus stable. Cependant, la structure déterminée par rayon X du complexe IIIa-SAP montre que les molécules de IIIa liées aux protéines SAP adoptent la conformation cis-cis.
N O CO2H
O N
CO2H
trans trans
N O
O N CO2H
trans cis
HO2C
N O
O N
HO2C CO2H cis
cis
conformation trans-trans
⇒ la plus stable
conformation trans-cis conformation cis-cis
⇒ la moins stable l) Expliquez brièvement comment il est possible qu'une molécule dans le site récepteur d'une protéine adopte une conformation haute en énergie (c'est-à-dire qu'elle n'adopte pas la conformation la plus stable observée en absence de la protéine.)
Une molécule peut être retenue dans le site récepteur d’une protéine par une multitude d’interactions non covalentes (effet hydrophobe + voir #4b) 5 à 10). Si la stabilisation associée à ces interactions est plus grande que l’énergie nécessaire pour adopter une conformation haute en énergie, il est possible que la molécule se présente dans une conformation qui, en absence de la protéine, n’est pas la plus stable.
