Une nouvelle spectroscopie de Résonance Magnétique Nucléaire: RMN 2D "DANA"

Publié par Isabelle le 12/11/2020 à 13:00
Source: CNRS INC

Crédit phot: Philippe Lesot
La détermination non-ambiguë de la structure tridimensionnelle de molécules naturelles ou de synthèse est un enjeu considérable pour les chimistes. La spectroscopie de Résonance Magnétique Nucléaire (Le terme d'énergie nucléaire recouvre deux sens selon le contexte :) (RMN) classique utilisant des solvants isotropes (phase liquide) offre des solutions analytiques intéressantes, mais pas toujours efficaces.

Au cours des 20 dernières années, un changement de paradigme est intervenu avec l'avènement de la RMN en milieux faiblement “orientant”, constitués, par exemple, de cristaux liquides (Un cristal liquide est un état de la matière qui combine des propriétés d'un liquide...) lyotropes ou de gels de polymères, combinée avec de la modélisation moléculaire (La modélisation moléculaire est un ensemble de techniques pour modéliser ou imiter...). Cette approche repose sur la capacité de ce type de solvants à orienter les molécules au sein du champ magnétique (En physique, le champ magnétique (ou induction magnétique, ou densité de flux...) des spectromètres de RMN. Elle permet, surtout, de mesurer des grandeurs dites "anisotropes" comme le couplage dipolaire entre deux noyaux d'une molécule (Une molécule est un assemblage chimique électriquement neutre d'au moins deux atomes, qui...) ou l'anisotropie (L'anisotropie (contraire d'isotropie) est la propriété d'être dépendant de la direction....) de déplacement ( En géométrie, un déplacement est une similitude qui conserve les distances et les angles...) chimique associée à l'environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et...) des atomes (Un atome (du grec ατομος, atomos, « que l'on ne peut...) qui, en milieu isotrope, sont moyennées à zéro (Le chiffre zéro (de l’italien zero, dérivé de l’arabe sifr,...) par les mouvements moléculaires aléatoires.

En revanche, en milieu anisotrope (L'anisotropie (contraire d'isotropie) est la propriété d'être dépendant de la direction....), il est possible de corréler ces observables RMN à des informations structurales essentielles comme les distances interatomiques et donc, in fine, reconstruire la géométrie (La géométrie est la partie des mathématiques qui étudie les figures de l'espace...) d'une molécule. Ces deux grandeurs ont été abondamment exploitées pour déterminer la structure de molécules bioactives.

Une dernière frontière (Une frontière est une ligne imaginaire séparant deux territoires, en particulier deux...) restait encore à franchir dans le domaine de l'analyse structurale: l'exploitation des couplages quadrupolaires, spécifiquement associés à des noyaux atomiques de spin (Le spin est une propriété quantique intrinsèque associée à chaque...) I > ½. Le deutérium (Le deutérium (symbole 2H ou D) est un isotope naturel de l'hydrogène. Il possède 1 proton et 1...) (2H), second isotope (Le noyau d'un atome est constitué en première approche de protons et de neutrons. En physique...) de l'hydrogène (L'hydrogène est un élément chimique de symbole H et de numéro atomique 1.) présent naturellement dans toutes molécules organiques hydrogénées à hauteur (La hauteur a plusieurs significations suivant le domaine abordé.) d'environ 0.0155 %, en est un très bon exemple (I = 1). Ce troisième et dernier challenge majeur vient de tomber puisque des chercheurs de l'ICMMO (CNRS/Université Paris-Saclay) à Orsay ont démontré le potentiel analytique de la RMN bidimensionnelle 2H en abondance naturelle (L'abondance naturelle est le pourcentage en nombre d'atomes de chacun des isotopes tel que trouvé...) anisotrope (RMN 2D “DANA”) à 14 T, en déterminant la structure 3D et la configuration relative de deux composés chiraux naturels d'intérêt pharmaceutique et de poids (Le poids est la force de pesanteur, d'origine gravitationnelle et inertielle, exercée par la...) moléculaire élevé.

Ce travail, mené en collaboration avec des chercheurs de l'Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la...) Carnegie Mellon(USA) et de l'Université fédérale de Pernambuco (Brésil), a été effectué sur des échantillons de strychnine (La strychnine est un alcaloïde très toxique extrait de la noix vomique, fruit du...) (un poison (Les poisons sont, en biologie, des substances qui provoquent des blessures, des maladies ou la mort...) violent) et d'artémisinine (L'artémisinine (qing hao su (青蒿素) en chinois) est la substance active...) (un antipaludique naturel) orientés dans des phases cristal-liquide organiques polypeptidiques. Les structures moléculaires 3D ainsi déterminées sont conformes à la littérature. Ces travaux, en couverture du Journal of Natural Products où ils sont parus, ouvrent la voie à de nombreux développements dans le domaine de l'analyse structurale de composés naturels complexes. Et à l'image d'une fameuse chanson sortie en 1998, la Tribu de “DANA” tend ses bras à tou(te)s les chimistes aventureux/euses.

Référence:
Deuterium Residual Quadrupolar Couplings: Crossing the Current Frontiers in the Relative Configuration Analysis of Natural Products Philippe Lesot, Roberto R. Gil, Philippe Berdagué, et Armando Navarro-Vázquez,J. Nat. Prod. (2020), 83, 3141-3148.
https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/acs.jnatprod.0c00745

Contacts:
- Philippe Lesot - Directeur de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue...), Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est...) de Chimie (La chimie est une science de la nature divisée en plusieurs spécialités, à...) Moléculaire et des Matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en...) d'Orsay (ICMMO) - philippe.lesot at universite-paris-saclay.fr
- Roberto Gil - Professeur, Département de Chimie, Carnegie Mellon University, USA
- Stéphanie Younès - Responsable Communication (La communication concerne aussi bien l'homme (communication intra-psychique, interpersonnelle,...) - Institut de chimie du CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand...) - inc.communication at cnrs.fr
- Anne-Valérie Ruzette - Chargée scientifique (Un scientifique est une personne qui se consacre à l'étude d'une science ou des sciences et qui...) pour la communication - Institut de chimie du CNRS - anne-valerie.ruzette at cnrs.fr
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