FR3021558A1 - Methode de greffage d'oligopeptides dans des materiaux hybrides poreux - Google Patents

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Abstract

La présente invention se rapporte notamment à un procédé de greffage d'oligopeptides dans des matériaux hybrides poreux, notamment les « Metal-Organic Framework» (MOFs). La présente invention se rapporte également aux matériaux hybrides poreux fonctionnalisés en surface externe et dans leurs pores susceptibles d'être obtenus par ledit procédé de greffage. La présente invention trouve notamment des applications dans la catalyse asymétrique, la séparation énantiosélective, et les bio-détecteurs.

Description

1 MÉTHODE DE GREFFAGE D'OLIGOPEPTIDES DANS DES MATÉRIAUX HYBRIDES POREUX DESCRIPTION Domaine technique La présente invention se rapporte notamment à un procédé de greffage d'oligopeptides dans des matériaux hybrides poreux, notamment les « MetalOrganic Framework » (MOFs). La présente invention se rapporte également aux matériaux hybrides poreux fonctionnalisés en surface externe et dans leurs pores susceptibles d'être obtenus par ledit procédé de greffage. La présente invention trouve notamment des applications dans la catalyse asymétrique, la séparation énantiosélective, et les bio-détecteurs. Dans la description ci-dessous, les références entre crochets [ ] renvoient à la liste des références présentée à la fin du texte. État de la technique Les bio-détecteurs sont typiquement constitués de peptides. Toutefois, pour être utilisables, ces capteurs doivent être immobilisés sur des supports solides. Le greffage de bio-détecteurs ou biosenseurs se fait à ce jour sur des surfaces planes ou dans des gels en trois dimensions qui restent amorphes et désordonnés. Par exemple, le greffage d'élements biologiques dans les bio-capteurs se réalise sur des surfaces de silice par polylysine, aminosilane, epoxysilane ou nitroccellulose, ou par dépôt de couches chargées sur des polymères. Le greffage sur un support poreux s'effectue typiquement par méthode sol-gel ou par polymérisation en présence de l'élément biologique (acide aminé ou peptide) pour l'encapsuler dans le gel formé (hydrogel ou xérogel). La possibilité de positionner les entités servant à la détection de façon ordonnée à l'intérieur des cavités d'un solide reste un défi technologique et permettrait d'augmenter l'efficacité et la sélectivité des capteurs. En effet, aujourd'hui les méthodes de greffage de peptides dans les solides poreux de type MOF souffrent de limitations sévères liées (i) au faible taux de 30 greffage, (ii) à la longueur du greffon limitée à un seul acide aminé 3021558 2 (« monopeptide »), et (iii) au temps de réaction très (trop) long (plusieurs jours). Avec les méthodes actuelles, le taux de greffage en post-synthèse se limite souvent à 10% et n'a été décrit que pour un seul acide aminé (type proline ou alanine). Par ailleurs, le temps de réaction nécessaire est souvent de 48 à 72 heures, auquel il 5 faut ajouter les temps de déprotection de l'acide aminé (quelques heures) et de post-traitement (lavages). Autrement dit, ces limitations ont des conséquences néfastes aux niveaux des produits résultants en terme : - d'ancrage des éléments biologiques sur les surfaces - de sélectivité/discrimination des substrats 10 - de sensibilité - de transduction du signal lorsqu'il s'agit d'applications en bio-détecteurs : transformation de l'interaction biologique en signal mesurable (signal électrique, lumineux, UV, ...) Il reste donc de nombreuses améliorations à apporter en termes de greffage 15 d'oligopeptides dans les cavités/pores des solides hybrides poreux tels que les MOFs. En particulier, il existe un réel besoin de disposer de procédés améliorés permettant le greffage en grande quantité et de façon très rapide de peptides à l'intérieur des cavités de matériaux poreux. EXPOSÉ DE L'INVENTION 20 La présente invention a précisément pour but de répondre à ces besoins et inconvénients de l'art antérieur en fournissant un procédé de fonctionnalisation de solide hybride poreux présentant des groupes -NH2 à sa surface externe ou dans ses pores, comprenant une étape de couplage amide consistant en la réaction du solide hybride poreux avec un oligopeptide de formule I en présence d'un agent de 25 couplage choisi parmi l'iodure de 2-chloro-N-méthylpyridium, le tosylate de 2- fluoro-N-méthylpyridinium, le bromo-tris-pyrrolidinophosphonium hexafluorophosphate (PyBroP), le chloro-tris-pyrrolidinophosphonium hexafluorophosphate (PyCloP), le 3-(diethoxyphosphoryloxy)-1,2,3-benzotriazin4(31/)-one (DEPBT) et d'une base organique amine tertiaire dans un solvant organique où l'agent de couplage et la base organique sont solubles ; 3021558 3 R1 HO2C ' H N*GP R3 O R2 n (I) dans laquelle : * désigne un atome de carbone chiral ; 5 n représente un nombre entier de 1 à 3; GP désigne un groupement protecteur choisi parmi tert- butyloxycarbonyle (Boc), benzyloxycarbonyle (Z) et fluorénylméthyloxycarbonyle (Fmoc); R1 et R3 représentent indépendamment l'un de l'autre un atome 10 d'hydrogène ou la chaîne latérale d'un acide aminé protéinogène ; et R2 représente un atome d'hydrogène ou un groupe qui, pris avec R1, forme l'hétérocycle à 5 chaînons de la proline. Sauf indication contraire, les divers modes de réalisation qui suivent concernant le procédé selon l'invention s'appliquent autant aux solides hybrides poreux 15 fonctionnalisés susceptibles d'être obtenus par ledit procédé, ainsi qu'à leurs utilisations selon la présente invention. Avantageusement, le solide hybride poreux peut représenter un « metal organic framework » (MOF). Par exemple, il peut s'agir des MOFs suivants : Al/Cr/Fe- MIL- 1 0 1-NE12, In/Al-MIL-6 8-NH2, Al/Fe-MIL-5 3 -N1-12, DMOF- 1 CAU- 1 , 20 Ui0-66-N1-12, ou UMCM-1-N1-12. Les formules chimiques de ces composés sont : Al/Cr/Fe-MIL-101-NH2 = Fe30X[C6H3(CO2)2-NE12]3, A130X[C6H3(CO2)2- NH2]3, Cr3OX[C6H3(CO2)2-NH2]3, dans laquelle X représente F, Cl ou OH In/A1-MIL-68-NH2 = In0H[C6H3(CO2)2-NH2], AlOH[C6H3(CO2)2-NE12] 25 A1/Fe-MIL-53-NH2 = AlOH[C6H3(CO2)2-NH2], Fe0H[C6H3(CO2)2-NE12] DM0E-1-NH2 = Zn2(C6Hi2N2)[C6H3(CO2)2-NHA2 3021558 4 CAU-1 = A14(OH)2(OCH3)4[C6H3(CO2)2-NH2]3 Ui0-66-NH2 = Zr604(OH)4[C6H3(CO2)2-M-12]6 UMCM-1-NH2 = (Zn40)3[C6H3(C6H4CO2)3]4[C6H3(CO2)2-NH2]3 Les propriétés de certains de ces solides MOFs sont décrites par exemple dans les 5 demandes internationales WO 2009/77670 [13] et WO 2009/77671. [14] La synthèse et les propriétés du matériau Fe-MIL-101-NH2, Al-MIL-53-NH2 et Fe-MIL-53-NH2 sont décrites dans Inorganic Chemistry 2008, 47, 7568. [15] La synthèse et les propriétés du matériau Cr-MIL-101-NH2 sont décrites dans Chemical Communications 2011, 47, 2838. [16] 10 La synthèse et les propriétés du matériau Al-MIL-101-NH2 sont décrites dans Microporous and Mesoporous Materials 2012, 164, 38. [17] La synthèse et les propriétés du matériau In-MIL-68-NH2 sont décrites dans la demande internationale WO 2011/048284. [18] La synthèse et les propriétés du matériau Al-MIL-68-NH2 sont décrites dans 15 Journal of Material Chemistry 2012, 22, 10210. [19] Les synthèses et propriétés des matériaux DM0E-1-NH2 et UMCM-1-NH2 sont décrites dans Inorganic Chemistry 2009, 48, 296-306. [20] La synthèse et les propriétés du matériau CAU-1 sont décrites dans Angewandte Chemie - International Edition 2009, 48, 5163. [21] 20 La synthèse et les propriétés du matériau Ui0-66-NH2 sont décrites dans Chemistry of Materials 2010, 22, 6632-6640. [22] Différents matériaux MOF ont été élaborés à l'Institut Lavoisier de Versailles avec des phases variées, nommées « MIL » (pour « Matériau Institut Lavoisier »). L'appellation « MIL » de ces structures est suivie d'un nombre arbitraire n donnée 25 par les inventeurs pour identifier les différentes phases. Dans le présent document, le sigle « Ui0 » est l'abréviation du terme anglais « University of Oslo » (Université d'Oslo).
3021558 5 Dans le présent document, le sigle « DMOF » est l'abréviation du terme « DABCO metal organic framework » dans lequel l'acronyme DABCO signifie 1,4-diazabicyclo[2.2.2]octane. Dans le présent document, le sigle « CAU » est l'abréviation du terme « Christian 5 Albrechts University » (Université Christian Albrechts) Dans le présent document, le sigle « UMCM » est l'abréviation du terme « University of Michigan Crystalline Material » (matériau cristallin de l'université du Michigan) Le solide MOF peut comprendre des atomes de métaux di-, tri- ou tétravalents. Les 10 atomes métalliques peuvent avoir une géométrie octaédrique, pentaédrique, tétraédrique, voire être en coordinence supérieure dans la structure du matériau. Par « coordinence » ou « nombre de coordination », on entend le nombre de liaisons pour laquelle les deux électrons partagés dans la liaison proviennent du même atome. L'atome donneur d'électrons acquiert une charge positive alors que 15 l'atome accepteur d'électrons acquiert une charge négative. En outre, les atomes métalliques peuvent être isolés ou regroupés en entités inorganiques. Le solide MOF peut par exemple être construit à partir de chaînes de polyèdres, de dimères, trimères, tétramères, pentamères ou hexamères de polyèdres ou d'une combinaison de ces entités. Par exemple, le solide MOF peut 20 être construit à partir de chaînes d'octaèdres, de dimères, trimères ou tétramères d'octaèdres. Par exemple, les matériaux MOF peuvent être construits à partir de chaines d'octaèdres liés par les sommets ou les arêtes ou de trimères d'octaèdres connectés par un atome d'oxygène central. On entend par « entité inorganique » au sens de la présente invention un ensemble 25 d'atomes contenant au moins deux métaux liés par des liaisons ionocovalentes, soit directement par des anions, par exemple O, OH, Cl, F, etc., soit par le ligand organique. Le solide MOF peut par ailleurs être composé de plusieurs ligands organiques, soit de même topologie soit de topologies différentes. En particulier, le solide MOF 30 peut être composé d'un mélange de deux ligands qui ne diffèrent que d'une 3021558 6 fonction chimique non coordinée, comme par exemple le téréphthalate, le 2- aminotéréphthalate ou le 2-bromotéréphthalate. Ces solides sont nommés MIXMOF pour mixed-linkers MOF (matériaux à ligands mélangés) comme décrit dans Lescouet et al. Dalton Trans. 2013, 42, 8249 . [23] et Katzenmeyer et al.
5 Angew. Chem. Int. Ed. 2014, 53, 2852. [24] De plus, le solide MOF peut se présenter sous différentes formes ou « phases » compte tenu des divers possibilités d'organisation et de connections des ligands au métal ou au groupement métallique. On entend par « phase » au sens de la présente invention une composition hybride 10 comprenant au moins un métal et au moins un ligand organique possédant une structure cristalline définie. L'organisation spatiale cristalline du solide de la présente invention est à la base des caractéristiques et propriétés particulières de ce matériau, et régit notamment la taille des pores, qui a une influence sur la surface spécifique du matériau et sur 15 les caractéristiques d'adsorption, mais également la densité du matériau, celle-ci étant relativement faible, la proportion de métal dans ce matériau, la stabilité du matériau, la rigidité et la flexibilité de sa structure, etc. En particulier, le solide MOF selon l'invention peut être isoréticulaire, c'est à dire comprendre des réseaux de même topologie.
20 En outre, le solide de la présente invention peut comprendre des motifs qui contiennent soit un seul type d'ion métallique, soit plusieurs types d'ions métalliques. Par exemple, le solide hybride poreux peut comprendre une succession tridimensionnelle de trois motifs différents. Par exemple également, le solide de la 25 présente invention peut comprendre une succession tridimensionnelle de deux motifs différents. En outre, la taille des pores peut être ajustée par le choix de ligands espaceurs appropriés.
3021558 7 Avantageusement, l'oligopeptide de formule I pourra être choisi en fonction de la taille des fenêtres d'accès aux pores du solide hybride poreux (par exemple, les fenêtres d'accès aux pores de plus grande dimension). La taille des fenêtres d'accès aux pores des solides hybrides poreux, par exemple 5 les MOFs, est définie par les paramètres de maille du réseau solide. Les solides hybrides poreux, en particulier les matériaux MOFs, sont bien connus dans la littérature scientifique, et le lecteur saura sans difficulté à partir de la sélection des paramètres de maille du réseau solide opérée (et donc du choix du solide hybride poreux en question) déterminer la structure du solide hybride poreux (e.g., MOF), 10 y compris les tailles des fenêtres des pores, et en particulier la taille des fenêtres d'accès aux pores de plus grande dimension du matériau. Avantageusement, afin d'adapter l'oligopeptide de formule I à la taille des pores du solide hybride poreux, n pourra varier entre 1 et 3, de préférence entre 1 et 2, plus préférentiellement, n peut représenter 1.
15 Avantageusement, le radical R3 peut représenter n'importe quelle chaîne latérale d'un résidu acide aminé protéinogène. Toutefois, afin d'adapter l'oligopeptide de formule I à la taille des pores/cavités du solide hybride poreux, le choix de R3 pourra être important, notamment pour tenir compte de la taille et la géométrie des cavités du matériau MOF, et de la gêne stérique éventuelle au niveau des murs du 20 MOF à l'intérieur des pores/cavités. Avantageusement, R3 pourra représenter un atome d'hydrogène ou un radical méthyle pour le greffage de solides hybrides poreux dont la taille et la géométrie des pores/cavités génèrent une gêne stérique plus importante. Avantageusement, l'oligopeptide de formule I peut avoir la structure suivante : 25 N-GP n 12 0 dans laquelle n, R1 et R2 sont tels que définis précédemment, et GP représente un groupement Boc, benzyloxycarbonyle ou Fmoc, de préférence Boc ou Fmoc, de préférence Boc.
3021558 8 Avantageusement, la base organique amine tertiaire peut être la N,Ndiméthylaminopyridine, la N,N-diisopropyléthylamine, la triéthylamine, la Nméthylmorpholine, la collidine, la 2,6-di-tert-buty1-4-(diméthylamino)pyridine, ou 5 la 2,3,5,6-tetraméthylpyridine. De préférence, il peut s'agir de la N,Ndiméthylaminopyridine ou la N,N-diisopropyléthylamine. Avantageusement, l'agent de couplage peut être l'iodure de 2-chloro-Nméthylpyridium ou le bromo-tris-pyrrolidinophosphonium hexafluorophosphate. Avantageusement, l'agent de couplage peut être l'iodure de 2-chloro-N- 10 méthylpyridium et la base organique amine tertiaire peut être la N,Ndiisopropyléthylamine. Avantageusement, l'agent de couplage peut être le bromotris-pyrrolidinophosphonium hexafluorophosphate et la base organique amine tertiaire peut être la N,N-diméthylaminopyridine. Avantageusement, le solvant organique peut être choisi parmi le dichlorométhane, 15 le N,N-diméthylformamide, l'acétate d'éthyle, l'acétonitrile, le 2-méthyltetrahydrofurane, le tétrahydrofurane, le 1,4-dioxane, la N-méthyl-2-pyrrolidinone, l'isopropanol, le diméthylcarbonate, le tert-butyl-méthyléther, le cyclopentyl méthyl éther, ou un mélange d'au moins deux de ceux-ci. De préférence, il peut s'agir du dichlorométhane ou du N,N-diméthylformamide.
20 Avantageusement, l'étape de couplage amide peut être réalisée à 20-40°C, de préférence à 30-35°C. Avantageusement, l'étape de couplage amide peut être réalisée pendant 48 heures à 10 jours, de préférence 48 heures à 9 jours, de préférence 48 heures à 8 jours, de préférence de 48 heures à 7 jours.
25 Avantageusement, l'étape de couplage amide peut être réalisée sous irradiation microonde. Avantageusement, l'irradiation microonde permet de chauffer le milieu réactionnel entre 50°C et 110°C , de préférence entre 60°C et 100°C, de préférence entre 70°C et 90°C, de préférence entre 75°C et 85°C. Avantageusement, l'étape de couplage amide peut être réalisée pendant 1 à 60 30 minutes, de préférence 5 à 50 minutes, de préférence 5 à 40 minutes, de préférence 10 à 35 minutes, de préférence 10 à 35 minutes, de préférence 10 à 20 minutes.
3021558 9 Avantageusement, le solide hybride poreux fonctionnalisé est isolé par filtration ou par centrifugation. Pour la filtration, on peut utiliser par exemple un papier filtre adapté sur un entonnoir Büchner monté sur une fiole à vide. Pour la centrifugation, on peut utiliser par exemple un flacon fermé, rempli de la suspension contenant le 5 solide, et installé dans une centrifugeuse tournant à 4000 tours par minutes. Avantageusement, le procédé selon l'invention permet de fonctionnaliser au moins 10%, de préférence au moins 20%, de préférence au moins 30%, de préférence au moins 40%, de préférence au moins 50%, des sites -NH2 présents à la surface externe ou dans les pores du solide hybride poreux, par formation d'une liaison 10 amide avec l'oligopeptide de formule I. Avantageusement, le procédé comprenant en outre une étape de déprotection du terminal -NHGP présent sur les sites -NH2 du solide hybride poreux fonctionnalisés par formation d'une liaison amide avec l'oligopeptide de formule I, pour former groupement oligopeptidique de formule II : 0 R1 I) n 0 R2 (II) dans laquelle n, R1, R2 et R3 sont tels que définis ci-dessus. Avantageusement, n représente 1 et R3 représente H.
20 Avantageusement, le groupement GP peut être un groupement Boc, et l'étape de déprotection du terminal -NHGP peut être réalisée sous irradiation microonde. Avantageusement, le groupement GP peut être un groupement benzyloxycarbonyle 25 (Z), et l'étape de déprotection du terminal -NHGP peut être réalisée par hydrogénation catalytique (par exemple H2/Pd) ou traitement avec de l'anhydride d'acide trifluoroacétique ou du bromure d'hydrogène. H 15 R3 3021558 10 Avantageusement, le groupement GP peut être un groupement Fmoc, et l'étape de déprotection du terminal -NHGP peut être réalisée par traitement avec de la pipéridine.
5 Avantageusement, l'irradiation microonde permet de chauffer le milieu réactionnel entre 50°C et 220°C, de préférence entre 60°C et 210°C, de préférence entre 70°C et 200°C, de préférence entre 80°C et 190°C, de préférence entre 90°C et 180°C, de préférence entre 100°C et 170°C, de préférence entre 110°C et 160°C. Avantageusement, lorsque GP représente un groupement Boc, l'étape de 10 déprotection du terminal -NHGP peut être réalisée pendant 1 à 10 minutes afin de ne pas dégrader l'oligopeptide. Avantageusement, le groupement oligopeptidique de formule II, greffé à la surface externe ou dans les pores du solide hybride poreux, est soumis à une ou plusieurs réactions de couplage peptidique itératives, de façon à allonger la chaîne 15 peptidique pour obtenir le peptide souhaité. On pourra utiliser pour ce faire toute technique usuelle de chimie peptidique bien connue de l'homme du métier. Selon un autre aspect, la présente invention concerne un solide hybride poreux fonctionnalisé susceptible d'être obtenu par le procédé selon l'invention, tel que 20 décrit dans l'une quelconque de ses variantes ci-dessus. Selon un autre aspect, la présente invention concerne également l'utilisation d'un solide hybride poreux fonctionnalisé selon l'invention pour la catalyse asymétrique, la séparation énantiosélective, ou les bio-détecteurs.
25 On entend par « solide » au sens de la présente invention tout type de matériau cristallin. Ledit solide peut par exemple se présenter sous forme de cristaux, de poudre, de particules de formes variées, par exemple de forme sphérique, cubique, parallélépipédique, rhomboédrique, lamellaire, etc. Les particules peuvent être 30 sous la forme de nanoparticules.
3021558 11 Par « nanoparticule », on entend une particule de taille inférieure à 1 i_tm. En particulier, les nanoparticules de solide MOF selon l'invention peuvent avoir un diamètre inférieur à 1000 nanomètres, de préférence inférieur à 500 nm, de manière plus préférée inférieur à 250 nm, tout particulièrement inférieur à 100 nm.
5 On entend par « surface externe » au sens de la présente invention, la surface extérieure des matériaux hybrides poreux tels que les MOFs, c'est-à-dire excluant la surface des pores (micropores et/ou mésopores) des matériaux. On entend par « résidu acide aminé protéinogène » au sens de la présente invention, un résidu acide aminé choisi parmi Ala - Arg - Asn - Asp - Cys - Gln - 10 Glu - Gly - His - Ile - Leu - Lys - Met - Phe - Pro - Pyl - Sec - Ser - Thr - Trp - Tyr - Val. On entend par « irradiation microonde» au sens de la présente invention, un traitement microonde de puissance comprise entre 100W et 300W, de préférence 300W.
15 Ainsi, la présente invention fournit notamment des méthodes expérimentales permettant le greffage d'acides aminés et de polypeptides à l'intérieur des cavités de matériaux poreux hybrides, en particulier les MOFs, en utilisant une solution contenant un agent de couplage et une base en milieu biphasique solide-liquide.
20 Ces méthodes permettent le greffage en grande quantité et avec une meilleure efficacité, de peptides à l'intérieur des cavités des matériaux hybrides poreux. Les nouveaux matériaux obtenus par cette méthode pourront combiner les propriétés de capacité d'adsorption des matériaux nanoporeux avec l'énantiosélectivité induite par les greffons chiraux. Ces méthodes peuvent être généralisables à tout 25 type de matériaux hybrides poreux, en particulier les MOFs, comportant un groupement amino (-NH2) ainsi qu'à tout type d'oligopeptides comportant un groupement acide carboxylique. Les procédés selon l'invention portent à la fois sur le greffage des oligopeptides (enchaînement de deux acides aminés ou plus) sur/dans des matériaux hybrides 30 poreux tels que les MOFs et dans l'obtention de rendements élevés (typiquement 3021558 12 >40-50%) pour la conversion des groupement amino (-NH2) dans les cavités du matériaux hybride poreux de départ en polypeptide. La présente invention permet notamment : D'augmenter la longueur des chaînes peptidiques, qui se traduit par une 5 diversité/spécificité au niveau des propriétés de reconnaissance moléculaire, - D'augmenter la densité des groupes greffés, et - D'accélérer la production de solides greffés.
10 La présente invention trouve des applications en : a. Catalyse asymétrique (cf [5], [6]). On peut citer notamment l'organocatalyse asymétrique supportée telle que la réaction d'aldolisation asymétrique (synthèse de polyols chiraux pour l'industrie pharmaceutique). Exemples utilisant des MOFs (cf [7], [8]) 15 b. Séparation énantiosélective : obtention de solutions énantiomériquement ures à sartir de mélan es racémi ues sharmaceutisue sarfumerie arômes...) 20 c. Séparation d'alcools chiraux par des solides poreux hybrides organiques/inorganiques à base de peptides (cf [9], [10]) d. Biosenseurs Détection de molécules organiques cibles par adsorption et réponse 25 physicochimique spécifiques (cf [11], [12]) - senseurs voltamétriques pour la détection de napthol, diéthanolamine et KC1 (VWR, Fischer, or Alpha) ou de métaux lourds. PalmSens (Pays-Bas) - bio-détecteurs pour le marché agroalimentaire mesurant la saveur d'oignons par une technique de bio-capteur simple, détection et mesure des sucres, 30 diagnostiques médicaux. Gwent Biotechnology Systems (UK): 3021558 13 - diagnostiques médicaux. Rapid Labs (UK): D'autres avantages pourront encore apparaître à l'homme du métier à la lecture des exemples ci-dessous, en référence aux figures annexées, donnés à titre illustratif, et non limitatif 5 BRÈVE DESCRIPTION DES FIGURES Figure 1 : Illustration d'un mode de réalisation du procédé selon l'invention. Figure 2 : Isotherme d'adsorption d'azote de Al-MIL-101-NH-GlyPro réalisée à 77 K.
10 Figure 3 : Diffractogramme des rayons X sur poudre de Al-MIL-101-NH-GlyPro. Figure 4 : Illustration de modes de réalisation de greffage oligopeptidiques selon l'invention sur des MOFs comportant des groupement -NH2 à leur surface externe et dans leurs pores. EXEMPLES 15 Exemple 1 - Greffage d'un oligopeptide sur MOF Le protocole ci-dessous est généralisable à tout type de matériaux hybrides poreux comportant des groupes -NH2 à leur surface externe ou dans leurs pores. Le peptide N-protégé tel que la Boc-N-GlycineProline (74 mg de Boc-ProGlyOH, 20 Boc = tert-butyloxycarbonyl) est mis en solution dans 5 mL de solvant sec, tels que le dichlorométhane ou le N,N-diméthylformamide, en présence de 2 équivalents d'un couple agent de couplage/base, tels que hexafluorophosphate de bromure de trispyrrolidinophosphonium (PyBroP, 300 mg)/N,Ndiméthylaminopyridine (DMAP, 83 mg) ou iodure de 2-chloro-N-méthylpyridium 25 (agent de Mukaiyama, 190 mg)/N,N-diisopropyléthylamine (63 pt). Cette solution est ensuite ajoutée à 100 mg de solide MOF, tel que le « Al-MIL101-NH2 », le « In-MIL-68-NH2 », ou le « Zr-Ui0-66-NH2» La réaction de couplage a lieu dans un réacteur en verre de 10 mL spécifique pour un chauffage par microonde.
30 Par chauffage microonde, la suspension est mise sous agitation à 80°C sous irradiation microonde à 300W pendant 20 minutes.
3021558 14 Après réaction, le solide est séparé par centrifugation et lavé avec 5 fois avec 5 mL de dichlorométhane sec et propre. Exemple 2 - Déprotection du peptide protégé 5 Le protocole ci-dessous est généralisable à tout type de matériaux hybrides poreux greffés avec un oligopeptide selon l'exemple 1. Les 100 mg de solide MOF fonctionnalisé avec le peptide, tels que Al-MIL-101- GlyPro-Boc, In-MIL-68-GlyPro-Boc, ou Zr-Ui0-66- GlyPro-Boc sont suspendus 10 dans 5 mL de solvant sec, tels que le dichlorométhane ou le N,Ndiméthylformamide. Par chauffage microonde, la suspension est mise sous agitation à 150°C sous irradiation microonde à 300W pendant 10 minutes. Après réaction, le solide est séparé par centrifugation et lavé avec 5 fois avec 5 mL 15 de dichlorométhane sec et propre. Tableau 1. Taux de couplage maximum et temps de réaction globaux pour un cycle couplage-déprotection. MOF Peptide Taux de couplage (%) Chauffage Microonde conventionnel (temps en h) (temps en h) Al-MIL-101-NH2 ProOH 5 (52) 7 (0.5) Al-MIL-101-NH2 ProGlyOH 40 (52) 60 (0.5) In-MIL-68-NH2 ProOH 12 (72) 11 (0.5) In-MIL-68-NH2 ProGlyOH 15 (72) 4 (0.5) Zr-Ui0-66-NH2 ProOH 0 (52) 10 (0.5) Zr-Ui0-66-NH2 ProGlyOH 0 (52) 0 (52) 20 Taux de couplage à +/- 10% de la valeur indiquée 3021558 15 Exemple 3 - Caractérisation des solides fonctionnalisés Les solides fonctionnalisés sont caractérisés par RMN 1E1 liquide du ligand 5 constituant le MOF après dissolution du solide dans une solution acide deutérée dmso-d6/HF-H20, par diffraction des Rayons X sur poudre et par mesure de la surface spécifique par la méthode BET à partir de l'adsorption d'azote à 77K. - Al-MIL-101-NH-GlyPro obtenu par microonde ; Taux de 10 fonctionnalisation = 60 % Le matériau hybride cristallisé Al-MIL-101-NH-GlyPro selon l'invention présente en analyse RMN 1E1 liquide au moins les signaux listés ci-dessous. Afin de réaliser la mesure, le solide est dissout dans une solution aqueuse d'acide fluorhydrique, 15 diluée dans du diméthylsulfoxyde deutéré comme décrit dans Canivet et al., Chem. Commun. 2011, 47, 11650-11652 [4] et Volkringer et al. Angew.Chem.Int.Ed. 2010, 49, 4644-4648. [25] La solution obtenue est introduite dans un tube RMN afin d'effectué la mesure dans un spectromètre Brücker Avance 250 opérant à 250 MHz.
20 1E1 NMR (250 MHz, [D6] DMSO-HF-H20); 9.14 (1H, d, J= 19.8 Hz); 8.21 (6H, d, J = 7.5 Hz, DMAP); 8.07 (1H, d, J = 8.2 Hz); 7.68-7.90 (14H, m); 7.17-7.43 (14H, m); 7.08 (10H, d, J = 8.1 Hz); 4.12-4.31 (4H, m); 3.41 (2H, m); 1.75-2.07 (4H, m) ppm.
25 Isotherme d'adsorption N2 à 77K (cf. Fig. 2): Volume poreux : 0.53 cm3(STP)/g Surface spécifique obtenue par méthode BET : 389 m2/g Le matériau hybride cristallisé Al-MIL-101-NH-GlyPro selon l'invention présente 30 un diagramme de diffraction des rayons X (Fig. 3) incluant au moins les raies inscrites dans le tableau 2. Ce diagramme de diffraction est obtenu par analyse radiocristallographique au moyen d'un diffractomètre Briiker D5005 équipé d'un 3021558 16 monochromateur arrière courbe graphite et d'un détecteur à scintillation, en utilisant la méthode classique des poudres avec le rayonnement Kal du cuivre (X=1,5406 À). A partir de la position des pics de diffraction représentée par l'angle 20, on calcule, en appliquant la relation de Bragg, les équidistances réticulaires dhid 5 caractéristiques de l'échantillon. L'erreur de mesure 4(di) sur dhid est calculée grâce à la relation de Bragg en fonction de l'erreur absolue 4(20) affectée à la mesure de 20. Une erreur absolue de 4(20) égale à ±0,02° est communément admise. L'intensité relative I/I° affectée à chaque valeur de d est mesurée d'après la hauteur du pic de diffraction correspondant. Le diagramme de diffraction des 10 rayons X du matériau hybride cristallisé Al-MIL-101-NH-GlyPro selon l'invention comporte au moins les raies aux valeurs de d données dans le tableau 1. Dans la colonne des dom, on a indiqué les valeurs moyennes des distances interréticulaires en Angstroëms (À). Chacune de ces valeurs doit être affectée de l'erreur demesure 4(dhk1) comprise entre ±0,3 A et ±0,01 À.
15 Tableau 2. Valeurs moyennes des intensités relatives mesurées sur un diagramme de diffraction des rayons X du solide cristallisé Al-MIL-101-NH-GlyPro selon l'invention. 20 (°) I/I° d1 4.00 m 22.09 5.19 m 17.03 5.66 m 15.61 8.59 m 10.29 9.14 F 9.68 10.43 m 8.48 11.47 f 7.71 13.37 ff 6.62 16.73 m 5.3 17.51 f 5.06 18.21 m 4.87 19.17 m 4.63 3021558 17 19.98 m 4.44 21.91 m 4.06 24.08 m 3.7 25.12 m 3.54 25.78 m 3.46 26.74 f 3.33 27.29 f 3.27 28.32 f 3.15 29.24 f 3.05 33.78 ff 2.65 Dans lequel F signifie Fort, m signifie moyen, f signifie faible et ff signifie très faible, l'intensité relative I/I° étant donnée en rapport à une échelle d'intensité relative où est attribuée une valeur de 100 à la raie la plus intense (I°) du 5 diagramme de diffraction des rayons X : ff < 10 ; 10 < f < 20 ; 20 < m < 60 ; F > 60 (cf. Fig. 3). Résultats Le couplage est plus efficace sous l'effet des microondes dans les structures dites 10 tridimensionnelles comme MIL-101 et Ui0-66 (Tableau 1). Dans tous les cas, la déprotection est plus efficace sous l'effet des microondes. Le taux de couplage correspond à la proportion de ligands constitutifs du MOF fonctionnalisés par le peptide, ramené sur 100. Ce taux est mesuré à partir de la RMN 1E1 liquide en faisant le rapport des aires sous les pics correspondant au 15 ligand 2-amino-téréphthalate (-NH2) et au ligand fonctionnalisé. Pour effectuer cette mesure, le solide est dissout dans une solution d'acide chlorhydrique ou fluorhydrique dilué dans le diméthylsulfoxyde deutéré comme décrit dans [4] et [25]. La solution obtenue est introduite dans un tube RMN afin d'effectué la mesure dans un spectromètre Brücker Avance 250 opérant à 250 MHz.
20 Le chauffage conventionnel correspond à la méthode décrite dans la littérature. [4] La perte de volume poreux est calculée sur la base du volume poreux mesuré par adsorption d'azote à 77K du MOF fonctionnalisé par microonde comparé à celui 3021558 18 du MOF de départ. Elle rend compte de l'encombrement généré par le peptide greffé à l'intérieur des pores du solide.
3021558 19 LISTE DES RÉFÉRENCES 1. "Microwave heating in solid-phase peptide synthesis" - Pedersen S. L., Tofteng A. P., Malik L., Jensen K.J.; Chem. Soc. Rev. 2012, 41, (5), 1826- 5 1844. 2. "Microwave Assisted Functionalization of Materials: from the Mesoscale to the Nanoscale" - Nehlig E., Milosevic I., Motte L., Guénin E.; Current Organic Chemistry 2013, 17, 528-544. 3. "Microwave-Assisted Cyanation of an Aryl Bromide Directly on a Metal- 10 Organic Framework" - Kim, M., Garibay, S. J., Cohen, S.M.; Inorg. Chem. 2011, 50, (3), 729-731. 4. "Amino acid functionalized metal-organic frameworks by a soft couplingdeprotection sequence" - Canivet J., Aguado S., Bergeret G., Farrusseng D.; Chemical Communications, 2011, 47, 11650-11652. 15 5. "Proline catalyzed asymmetric reactions - tetrahedron report number 613" - List B.; Tetrahedron 2002, 58, 5573. 6. "Direct asymmetric aldol reaction catalyzed by simple prolinamide phenols" - Fu Y.Q, Li Z.C, Ding L.N., Tao J.C., Zhang S.H., Tang M.S.; Tetrahedron : Asymmetry 2006, 17, 3351. 20 7. "Postsynthetic Modification Switches an Achiral Framework to Catalytically Active Homochiral Metal-Organic Porous Materials" - Banerjee M., Das S., Yoon M., Choi H.J., Hyun M.H., Park S.M., Seo G., Kim K.; J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 7524. 8. "A general thermolabile protecting group strategy for organocatalytic 25 metal-organic frameworks" - Lun D.J., Waterhouse G.I.N., Telfer S.G.; J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 5806. 9. "A Family of Nanoporous Materials Based on an Amino Acid Backbone" - Vaidhyanathan R., Bradshaw D., Rebilly J.N., Barrio J.P., Gould J.A., Berry N.G., Rosseinsky M.J.; Angew. Chem. Int. Ed. 2006, 45, 6495. 3021558 20 10. "Enantioselective sorption of alcohols in a homochiral metal-organic framework" - Suh K., Yutkin M.P., Dybtsev D.N., Fedinc V.P., Kim K.; Chem. Commun. 2012, 48, 513. 11. "A Biomimetic Nose by Microcrystals and Oriented Films of Luminescent 5 Porous Metal-Organic Frameworks" - Lee T., Liu Z.X., Lee H.L.; Crystal Growth Design, 2011, 11 (9), 4146. 12. "Progress of Biomimetic Artificial Nose and Tongue" - Wang P., Liu Q.; AIP Conf. Proc. 2009, 3, 1133. 13. WO 2009/77670 10 14. WO 2009/77671 15. Inorganic Chemistry 2008, 47, 7568 16. Chemical Communications 2011, 47, 2838 17. Microporous and Mesoporous Materials 2012, 164, 38 18. WO 2011/048284 15 19. Journal of Material Chemistry 2012, 22, 10210 20. Inorganic Chemistry 2009, 48, 296-306 21. Angewandte Chemie - International Edition 2009, 48, 5163 22. Chemistry of Materials 2010, 22, 6632-6640 23. Lescouet et al. Dalton Trans. 2013, 42, 8249 20 24. Katzenmeyer et al. Angew. Chem. Int. Ed. 2014, 53, 2852 25. Volkringer et al. Angew.Chem.Int.Ed. 2010, 49, 4644-4648

Claims (23)

  1. REVENDICATIONS1. Procédé de fonctionnalisation de solide hybride poreux présentant des groupes -NH2 à sa surface externe ou dans ses pores, comprenant une étape de couplage amide consistant en la réaction du solide hybride poreux avec un oligopeptide de formule I en présence d'un agent de couplage choisi parmi l'iodure de
  2. 2-chloro-N-méthylpyridium, le tosylate de 2-fluoro-Nméthylpyridinium, le bromo-tris-pyrrolidinophosphonium hexafluorophosphate (PyBroP), le chloro-tris-pyrrolidinophosphonium hexafluorophosphate (PyCloP), le
  3. 3-(diéthoxyphosphoryloxy)-1,2,3-benzotriazin-4(31/)-one (DEPBT) et d'une base organique amine tertiaire dans un solvant organique où l'agent de couplage et la base organique sont solubles ; R1 HO2C H N*GP In R3 O R2 (I) dans laquelle : * désigne un atome de carbone chiral ; n représente un nombre entier de 1 à 3 ; GP désigne un groupement protecteur choisi parmi tert- butyloxycarbonyle (Boc), benzyloxycarbonyle (Z) et fluorénylméthyloxycarbonyle (Fmoc); R1 et R3 représente indépendamment l'un de l'autre un atome d'hydrogène ou la chaîne latérale d'un acide aminé protéinogène ; et R2 représente un atome d'hydrogène ou un groupe qui, pris avec R1, forme l'hétérocycle à 5 chaînons de la proline. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel, dans la formule I, GP représente Boc et R3 représente un atome d'hydrogène. 3021558 22 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le solide hybride poreux est un « metal organic framework » (MOF).
  4. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans 5 lequel la base organique amine tertiaire est la N,N-diméthylaminopyridine, la N,N- diisopropyléthylamine, la triéthylamine, la N-méthylmorpholine, la collidine, la 2,6-di-tert-buty1-4-(diméthylamino)pyridine, ou la 2,3,5,6-tétraméthylpyridine.
  5. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans 10 lequel l'agent de couplage est l'iodure de 2-chloro-N-méthylpyridium et la base organique amine tertiaire est la N,N-diisopropyléthylamine.
  6. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans 15 lequel l'agent de couplage est le bromo-tris-pyrrolidinophosphonium hexafluorophosphate et la base organique amine tertiaire est la N,Ndiméthylaminopyridine. 20
  7. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel le solvant organique est choisi parmi le dichlorométhane, le N,Ndiméthylformamide, l'acétate d'éthyle, l'acétonitrile, le 2-méthyl-tetrahydrofurane, le tétrahydrofurane, le 1,4-dioxane, la N-méthyl-2-pyrrolidinone, l'isopropanol, le diméthylcarbonate, le tert-butyl-méthyléther, le cyclopentyl méthyl éther, ou un 25 mélange d'au moins deux de ceux-ci.
  8. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel l'étape de couplage amide est réalisée à 30-35°C.
  9. 9. Procédé selon la revendication 7, dans lequel l'étape de couplage amide est réalisée pendant 48 heures à 7 jours. 3021558 23
  10. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel l'étape de couplage amide est réalisée sous irradiation microonde. 5
  11. 11. Procédé selon la revendication 10, dans lequel l'irradiation microonde chauffe le milieu réactionnel entre 75°C et 85°C.
  12. 12. Procédé selon la revendication 10 ou 11, dans lequel l'étape de couplage amide est réalisée pendant 10 à 20 minutes. 10
  13. 13. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, dans lequel le solide hybride poreux fonctionnalisé est isolé par filtration ou par centrifugation. 15
  14. 14. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, dans lequel au moins 50% des sites -NH2 présents à la surface externe ou dans les pores du solide hybride poreux sont fonctionnalisés par formation d'une liaison amide avec l'oligopeptide de formule I. 20
  15. 15. Procédé selon la revendication 13, comprenant en outre une étape de déprotection du terminal -NHGP présent sur les sites -NH2 du solide hybride poreux fonctionnalisés par formation d'une liaison amide avec l'oligopeptide de formule I, pour former groupement oligopeptidique de formule II : R1 H n 25 R3 0 R2 (H) dans laquelle R1 et R2 sont tels que définis à la revendication 1. 30
  16. 16. Procédé selon la revendication 15, dans lequel le groupement GP est un groupement Boc, et l'étape de déprotection du terminal -NHGP est réalisée sous irradiation microonde. 3021558 24
  17. 17. Procédé selon la revendication 15, dans lequel le groupement GP est un groupement benzyloxycarbonyle, et l'étape de déprotection du terminal NHGP est réalisée par hydrogénation catalytique ou traitement avec de l'anhydride 5 d'acide trifluoroacétique ou du bromure d'hydrogène.
  18. 18. Procédé selon la revendication 15, dans lequel le groupement GP est un groupement Fmoc, et l'étape de déprotection du terminal -NHGP est réalisée par traitement avec de la pipéridine. 10
  19. 19. Procédé selon la revendication 16, dans lequel l'irradiation microonde chauffe le milieu réactionnel entre 110°C et 160°C.
  20. 20. Procédé selon la revendication 16 ou 19, dans lequel l'étape de 15 déprotection du terminal -NHGP, où GP est un groupement Boc, est réalisée pendant 1 à 10 minutes.
  21. 21. Procédé selon la revendication 15, dans lequel le groupement oligopeptidique de formule II, greffé à la surface externe ou dans les pores du 20 solide hybride poreux, est soumis à une ou plusieurs réactions de couplage peptidique itératives.
  22. 22. Solide hybride poreux fonctionnalisé susceptible d'être obtenu par le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 21. 25
  23. 23. Utilisation d'un solide hybride poreux fonctionnalisé selon la revendication 22 pour la catalyse asymétrique, la séparation énantiosélective, ou les bio-détecteurs.
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