Façonner les molécules

Les macrocycles sont des molécules composées de grandes structures cycliques d'atomes. Bien que relativement grosses et flexibles, ces molécules peuvent perdre leur «souplesse» en s’imbriquant pour adopter des formes et des géométries particulières. 

Dans le secteur manufacturier, le contrôle de la forme tridimensionnelle des macrocycles est essentiel. Ce contrôle permet par exemple de décider si tel parfum sera unique ou si tel médicament sur ordonnance agira sur un problème de santé spécifique. 

Mais pour les chimistes en synthèse, ceux qui étudient la construction des molécules, le contrôle de la topologie de ces grandes structures cycliques n'était pas chose simple, du moins jusqu'à maintenant. Car les recherches d'une équipe de chimistes de l'Université de Montréal pourraient bien changer les choses. 

Dans une étude publiée aujourd'hui par la revue Science, l’équipe dirigée par Shawn Collins, professeur de chimie, annonce avoir réussi à utiliser un processus naturel appelé biocatalyse pour influer sur la forme des macrocycles. Selon les chercheurs, il pourrait bien s'agir d'un atout important pour la fabrication de produits pharmaceutiques et électroniques. 

«Ce qui distingue les macrocycles que nous avons fabriqués, c'est leur forme chirale planaire, explique Shawn Collins. Or, la topologie chirale planaire contrôle la façon dont les molécules interagissent avec la nature. En général, les macrocycles qui présentent une chiralité planaire sont sous-étudiés, car les chimistes ont beaucoup de mal à les fabriquer.» 

Jusqu'à présent, il existait deux façons de produire ces macrocycles: soit par une série de synthèses par étapes fastidieuses et entraînant des pertes importantes, soit à l'aide de catalyseurs basés sur des éléments toxiques, coûteux et relativement rares dans l'écorce terrestre, comme le ruthénium et le rhodium. 

Ces deux approches constituaient un frein majeur pour les chimistes et l'équipe de Shawn Collins s'est mise en quête d'une solution plus accessible. Elle a découvert que la biocatalyse, un processus qui fait appel à des enzymes ‒ des catalyseurs biologiques et généralement non toxiques ‒, était une solution à la préparation des macrocycles chiraux planaires. 

Étonnamment, bien que les chimistes n'aient encore jamais envisagé la biocatalyse aux fins de synthèse des macrocycles chiraux planaires, il existait un produit vendu dans le commerce susceptible de leur permettre de préparer les macrocycles: une enzyme lipase appelée CALB. Cette enzyme a permis aux chimistes de former les macrocycles avec une sélectivité quasi parfaite dans la plupart des cas, même si l'enzyme n'avait pas été conçue dans ce but. 

Fait important, Shawn Collins et son équipe ont élaboré un plan de synthèse faisant appel à des blocs de construction organiques simples pour ajouter des fonctionnalités aux macrocycles. «Les fonctionnalités sont des “poignées”, ou de simples groupes d'atomes, qui peuvent facilement être agencées de façon plus complexe», indique le professeur. 

«Nous espérons que les macrocycles pourront maintenant être adaptés afin d'avoir des retombées positives dans différents secteurs. On connaît déjà les macrocycles chiraux planaires comme agents antibiotiques et anticancers. Leurs applications dans le secteur de l'électronique ‒ les lasers et les dispositifs d'affichage par exemple ‒ pourraient être basées sur cette approche.»

À propos de l'étude

L’article «Biocatalytic synthesis of planar chiral macrocycles», par Shawn Collins et ses collaborateurs, a été publié le 21 février 2020 dans Science.