FR3112549A1 - Procede ameliore de synthese de mercaptans fonctionnalises - Google Patents
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Abstract
PROCEDE AMELIORE DE SYNTHESE DE MERCAPTANS FONCTIONNALISES
La présente invention concerne un procédé de synthèse de mercaptans fonctionnalisés en l’absence d’oxygène, ainsi qu’une composition permettant notamment la mise en œuvre de ce procédé. Lesdits mercaptans fonctionnalisés sont de formule (I) suivante :
R2-X-C*H(NR1R7)-(CH2)n-SH (I)
dans laquelle,
R1 et R7, identiques ou différents, sont un atome d’hydrogène ou une chaîne hydrocarbonée, saturée ou insaturée, linéaire, ramifiée ou cyclique, aromatique ou non, de 1 à 20 atomes de carbone et pouvant comprendre un ou plusieurs hétéroatomes ;
X est choisi parmi –C(=O)- , –CH2- ou –CN ;
R2 est :
(i) soit nul quand X représente –CN,
(ii) soit un atome d’hydrogène,
(iii) soit –OR3, R3 étant un atome d’hydrogène ou une chaîne hydrocarbonée, saturée ou insaturée, linéaire, ramifiée ou cyclique, aromatique ou non, de 1 à 20 atomes de carbone et pouvant comprendre un ou plusieurs hétéroatomes,
(iv) soit –NR4R5, R4 et R5, identiques ou différents, étant un atome d’hydrogène ou une chaîne hydrocarbonée, saturée ou insaturée, linéaire, ramifiée ou cyclique, aromatique ou non, de 1 à 20 atomes de carbone et pouvant comprendre un ou plusieurs hétéroatomes ;
n est égal à 1 ou 2 ; et * représente un carbone asymétrique.
Fig. : néant
Description
La présente invention concerne un procédé de synthèse de mercaptans fonctionnalisés, ainsi qu’une composition permettant notamment la mise en œuvre de ce procédé.
Les mercaptans sont utilisés dans de nombreux domaines industriels et de nombreuses méthodes de synthèse sont connues telles que la sulfhydratation d'alcools, I'addition catalytique ou photochimique d'hydrogène sulfuré sur des composés organiques insaturés et la substitution à I'aide d'hydrogène sulfuré d'halogénures, d'époxydes ou de carbonates organiques.
Toutefois, ces procédés présentent de nombreux inconvénients et ne sont pas toujours adaptés à la synthèse de mercaptans fonctionnalisés, c’est-à-dire comprenant au moins un autre groupement fonctionnel que le groupement thiol (-SH). Ce type de mercaptans constitue une famille chimique à fort potentiel, notamment les acides aminés et dérivés à fonction thiol, en particulier l’homocystéine. Ils peuvent par exemple être utiles en tant qu’intermédiaires de synthèse pour l’industrie cosmétique. Cependant, il n’existe pas à ce jour de méthode de synthèse qui soit adaptée à leur production et qui soit viable au niveau industriel, notamment pour des applications relevant de la chimie de commodités.
Ainsi, parmi les méthodes par voie chimique classique, la substitution par I'hydrogène sulfuré nécessite des températures et des pressions souvent élevées et conduit à des sous-produits non-désirés de type oléfines, éthers, sulfures et/ou polysulfures. L'addition catalytique ou photochimique de I'hydrogène sulfuré sur des composés insaturés se fait généralement dans des conditions légèrement plus douces mais conduit également à de nombreux sous-produits formés par isomérisation de la matière première, par addition non-régiosélective ou par double addition conduisant à la production de sulfures et/ou polysulfures.
Le principal désavantage de ces méthodes classiques de synthèse est donc de conduire à la coproduction du mercaptan d’intérêt et de sulfures et/ou de polysulfures associés en quantité non négligeable et difficilement valorisables. Ces réactions secondaires entraînent une augmentation des coûts variables associés aux matières premières du fait de la baisse en sélectivité et donc en rendement, une augmentation du coût de purification et une augmentation du coût de production par la destruction coûteuse de ces sous-produits.
Il est connu comme alternative aux voies chimiques de synthétiser les mercaptans fonctionnalisés par voie biologique. Par exemple, la cystéine est actuellement produite par voie biologique par une voie de fermentation (Maier T., 2003. Nature Biotechnology, 21 : 422-427). Ces voies biologiques sont plus douces et plus adaptées à des molécules plurifonctionnelles. Mais là encore, la production du mercaptan d’intérêt s’accompagne des sulfures et/ou des polysulfures correspondants tels que les disulfures (WO 2012/053777).
Ainsi, il existe un besoin pour un procédé de synthèse, en particulier par voie biologique, de mercaptans fonctionnalisés amélioré, qui permette notamment de limiter voire d’éviter la formation de sous-produits tels que les sulfures et/ou les polysulfures. Il existe également un besoin pour un procédé de synthèse de mercaptans fonctionnalisés sûr et facile à mettre en œuvre industriellement.
La présente invention permet en tout ou partie de pallier les inconvénients des procédés antérieurs.
Un objectif de la présente invention est de fournir un procédé de synthèse d’un mercaptan fonctionnalisé amélioré, en particulier ayant un rendement et/ou une sélectivité équivalent ou supérieur aux procédés connus.
Un objectif de la présente invention est de fournir un procédé de synthèse d’un mercaptan fonctionnalisé avec une coproduction négligeable, voire nulle, de sous-produits, en particulier de sulfures et/ou de polysulfures.
Les présents inventeurs ont découvert que les mercaptans fonctionnalisés de formule (I) tels que définis ci-dessous, en particulier la L-homocystéine, pouvaient être avantageusement synthétisés par réaction entre des composés de formule (II) et un sel de sulfhydrate et/ou un sel de sulfure (ci-après dénommé « sel ») tels que définis ci-dessous ou d’H2S, en présence d’une enzyme sulfhydrylase et en l’absence d’oxygène.
Les présents inventeurs ont ainsi découvert un procédé de synthèse de mercaptans fonctionnalisés de formule (I) permettant de limiter voire d’éviter la co-production de sulfures et/ou de polysulfures, en particulier de disulfures.
Plus particulièrement, le procédé selon l’invention permet de produire de la L-homocystéine tout en limitant voire en évitant la coproduction de la L-homocystine et/ou de la L-homocystéine sulfure (également appelée acide 4,4’-sulfanediylbis(2-aminobutanoïque) / L-homolanthionine).
La L-homocystéine est de formule suivante :
La L-homocystéine sulfure est de formule suivante :
La L-homocystine est de formule suivante :
De plus, il a été observé que la configuration des atomes de carbone asymétriques est conservée tout au long de la réaction. Ainsi, le mercaptan fonctionnalisé de formule (I) obtenu selon le procédé de l’invention peut être énantiomériquement pur.
Le procédé selon l’invention est également facile à mettre en œuvre industriellement. Il peut être réalisé en solution dans des conditions douces de température et de pression. L’utilisation de sels permet avantageusement d’éviter la manipulation de l’hydrogène sulfuré, qui est un gaz toxique, par les opérateurs.
Le rendement obtenu peut être supérieur ou égal à 85%, de préférence supérieur ou égal à 90%, par exemple compris entre 90% et 100%, bornes incluses. De façon surprenante, le procédé selon l’invention permet notamment d’obtenir un rendement de 100%, soit une augmentation de près de 20% par rapport aux autres procédés.
Ainsi, la présente invention concerne un procédé de synthèse d’au moins un mercaptan fonctionnalisé de formule générale (I) suivante :
R2-X-C*H(NR1R7)-(CH2)n-SH (I)
dans laquelle,
- R1et R7, identiques ou différents, sont un atome d’hydrogène ou une chaîne hydrocarbonée, saturée ou insaturée, linéaire, ramifiée ou cyclique, aromatique ou non, de 1 à 20 atomes de carbone et pouvant comprendre un ou plusieurs hétéroatomes ;
- X est choisi parmi –C(=O)- , –CH2- ou –CN ;
- R2est :
(i) soit nul quand X représente –CN,
(ii) soit un atome d’hydrogène,
(iii) soit –OR3, R3étant un atome d’hydrogène ou une chaîne hydrocarbonée, saturée ou insaturée, linéaire, ramifiée ou cyclique, aromatique ou non, de 1 à 20 atomes de carbone et pouvant comprendre un ou plusieurs hétéroatomes,
(iv) soit –NR4R5, R4et R5, identiques ou différents, étant un atome d’hydrogène ou une chaîne hydrocarbonée, saturée ou insaturée, linéaire, ramifiée ou cyclique, aromatique ou non, de 1 à 20 atomes de carbone et pouvant comprendre un ou plusieurs hétéroatomes ;
n est égal à 1 ou 2 ; et * représente un carbone asymétrique ;
ledit procédé comprenant les étapes de :
a) fourniture d’au moins un composé de formule générale (II) suivante :
R2-X-C*H(NR1R7)-(CH2)n-G (II)
dans laquelle *, R1, R2, R7, X et n sont tels que définis pour la formule (I) et
G représente soit (i) R6-C(O)-O-, soit (ii) (R7O)(R8O)-P(O)-O-, soit (iii) R9O-SO2-O- ;
avec
R6étant un atome d’hydrogène ou une chaîne hydrocarbonée de 1 à 20 atomes de carbone, saturée ou insaturée, linéaire, ramifiée ou cyclique, pouvant comprendre un ou plusieurs groupement(s) aromatique(s) et pouvant être substituée par un ou plusieurs groupement(s) choisi(s) parmi –OR10, (=O), -C(O)OR11, -NR12R13;
R10, R11, R12et R13étant indépendamment les uns des autres choisis parmi :
H ou une chaîne hydrocarbonée de 1 à 20 atomes de carbone, saturée ou insaturée, linéaire, ramifiée ou cyclique ;
R7et R8, identiques ou différents, étant un proton, un alcalin, un alcalinoterreux ou un ammonium ;
R9est choisi parmi un proton, un alcalin, un alcalinoterreux ou un ammonium ;
b) fourniture d’au moins un sel de sulfhydrate et/ou d’un sel de sulfure ou d’H2S ;
c) réaction entre ledit au moins un composé de formule (II) et ledit au moins un sel de sulfhydrate et/ou de sulfure ou l’H2S en présence d’au moins une enzyme choisie parmi les sulfhydrylases, et de préférence une sulfhydrylase associée audit composé de formule (II) ; ladite réaction s’effectuant en l’absence d’oxygène ;
d) obtention d’au moins un mercaptan fonctionnalisé de formule (I) ;
e) éventuelle séparation dudit au moins un mercaptan fonctionnalisé de formule (I) obtenu à l’étape d) ; et
f) éventuelle fonctionnalisation supplémentaire et/ou éventuelle déprotection du mercaptan fonctionnalisé de formule (I) obtenu à l’étape d) ou e) ; et
dans lequel les étapes a) et b) sont, ou non, effectuées de manière simultanée.
Plus particulièrement, ledit au moins un composé de formule (II), ledit au moins un sel de sulfhydrate et/ou sel de sulfure ou l’H2S, et ladite au moins une sulfhydrylase forment un mélange réactionnel. Ledit mélange réactionnel peut ainsi comprendre :
- au moins un composé de formule (II) tel que défini ci-dessous,
- au moins un sel de sulfhydrate et/ou de sulfure tel que défini ci-dessous ou de l’H2S,
- au moins une sulfhydrylase telle que définie ci-dessous,
- éventuellement son cofacteur tel que défini ci-dessous,
- éventuellement une base telle que définie ci-dessous, et
- éventuellement un solvant, de préférence de l’eau.
On peut préparer ledit mélange réactionnel en ajoutant ledit composé de formule (II), ledit sel de sulfhydrate et/ou de sulfure ou l’H2S et ladite sulfhydrylase dans n’importe quel ordre.
On peut par exemple mélanger d’abord ledit composé de formule (II) avec ledit sel ou l’H2S, puis ajouter la sulfhydrylase, éventuellement avec son cofacteur, pour débuter ladite réaction de l’étape c).
C’est notamment l’ajout du troisième composant, quel qu’il soit, en particulier la sulfhydrylase, qui permet de débuter la réaction.
De préférence, le composé de formule (II) est sous forme de solution, plus préférentiellement sous forme de solution aqueuse.
De préférence, lorsque l’on utilise des sels de sulfhydrate et/ou de sulfure, on utilise ces derniers sous forme de solution et plus préférentiellement sous forme de solution aqueuse.
Lorsque l’on utilise de l’H2S, ce dernier est généralement sous forme gazeuse. Il peut notamment être introduit dans le mélange réactionnel par bullage. Le bullage peut être réalisé en mélangeant l’H2S avec un gaz inerte, par exemple le diazote, l’argon ou le méthane, de préférence le diazote. L’H2S peut donc être présent sous forme dissoute dans le mélange réactionnel.
Afin d’effectuer l’étape c) en l’absence d’oxygène, des méthodes classiques peuvent être utilisées.
Selon un mode de réalisation, préalablement à l’étape c), on enlève l’oxygène du mélange réactionnel, par exemple par dégazage.
Selon un autre mode de réalisation, préalablement à l’étape c), on enlève séparément l’oxygène de chacun des composants ou du mélange d’au moins deux d’entre eux qui vont former le mélange réactionnel. Par exemple, on dégaze chacune des solutions comprenant le composé de formule (II), le sel de sulfhydrate et/ou de sulfure lorsque ce dernier est utilisé, la sulfhydrylase et éventuellement le solvant.
On peut également enlever l’oxygène du ciel du réacteur dans lequel se déroule l’étape c), de préférence par dégazage.
On peut aussi inerter le réacteur avec un gaz inerte tel que le diazote, l’argon ou le méthane, de préférence le diazote.
Lorsque l’on utilise de l’H2S qui est gazeux, le dégazage n’est bien entendu pas réalisé pour ce réactif. L’H2S ne comprend généralement pas d’oxygène.
On peut également combiner différentes techniques entre elles.
De préférence, l’absence d’oxygène est obtenue de la façon suivante :
- on inerte le réacteur avec un gaz inerte tel que le diazote, l’argon ou le méthane, de préférence le diazote ; et
- on dégaze chacune des solutions comprenant le composé de formule (II), le sel de sulfhydrate et/ou de sulfure lorsque ce dernier est utilisé, la sulfhydrylase et éventuellement le solvant.
Les méthodes de dégazage industrielles sont bien connues et l’on peut par exemple citer les suivantes :
- réduction de pression (dégazage sous vide),
- régulation thermique (augmenter la température pour un solvant aqueux et baisse de la température pour un solvant organique),
- dégazage membranaire,
- dégazage par alternance de cycles geler-pomper-dégeler,
- dégazage par barbotage d’un gaz inerte (par exemple argon, diazote ou méthane).
Selon un mode de réalisation, à l’étape c) l’oxygène n’est présent ni sous forme dissoute dans un liquide (en particulier dans le mélange réactionnel), ni sous forme gazeuse (en particulier dans le ciel du réacteur dans lequel se déroule l’étape c)).
De façon préférée, le sel de sulfhydrate et/ou le sel de sulfure ou l’H2S est en excès, de préférence en excès molaire, par rapport au composé de formule (II), de préférence durant l’étape c) et plus préférentiellement durant toute la durée de l’étape c).
Le sel de sulfhydrate et/ou de sulfure ou l’H2S peut donc être en quantité sur-stœchiométrique par rapport à la quantité du composé de formule (II), de préférence durant l’étape c) et plus préférentiellement durant toute la durée de l’étape c).
En particulier, le ratio molaire [sel de sulfhydrate et/ou sel de sulfure] / [composé de formule (II)] ou le ratio molaire H2S / composé de formule (II) est compris entre 1,5 et 10, préférentiellement entre 2 et 8, par exemple entre 3,5 et 8, et encore plus préférentiellement entre 3,5 et 5, bornes incluses, de préférence durant l’étape c) et plus préférentiellement durant toute la durée de l’étape c). Ledit ratio peut être maintenu constant durant toute la durée de l’étape c).
L’étape c) peut être réalisée en solution, en particulier en solution aqueuse. Par exemple, la solution comprend entre 50 % et 99 % en poids d’eau, de préférence entre 75 % et 97 % en poids d’eau par rapport au poids total de la solution, bornes incluses.
Le pH du mélange réactionnel à l’étape c) peut être compris entre 4 et 9, par exemple entre 5 et 8, de préférence entre 6 et 7,5, et plus particulièrement entre 6,2 et 7,2, bornes incluses, en particulier lorsque le mélange réactionnel est une solution aqueuse.
Le pH peut notamment être ajusté à l’intérieur des gammes mentionnées ci-dessus suivant l’optimum de fonctionnement de la sulfhydrylase choisie. Le pH peut être déterminé par des méthodes classiquement connues, par exemple avec une sonde pH-métrique.
Selon un mode de réalisation préféré, l’étape c) peut être réalisée selon les deux étapes c1) et c2) suivantes :
c1) réaction entre ledit au moins un composé de formule (II) et ledit au moins un sel de sulfhydrate et/ou de sulfure ou l’H2S en présence d’au moins une enzyme choisie parmi les sulfhydrylases, et de préférence une sulfhydrylase associée audit composé de formule (II) ; ladite réaction s’effectuant en l’absence d’oxygène et en solution ;
c2) ajustement du pH de ladite solution par ajout d’une base de façon à obtenir un pH compris entre 4 et 9, par exemple entre 5 et 8, de préférence entre 6 et 7,5, et plus particulièrement entre 6,2 et 7,2, bornes incluses.
A l’étape c2), tout type de base peut être utilisée, de préférence une base comprenant un atome de soufre. Par base, on entend notamment un composé ou un mélange de composés ayant un pH supérieur à 7, de préférence compris entre 8 et 14, bornes incluses. La base peut être choisie parmi les sels de sulfhydrates et/ou les sels de sulfures tels que définis ci-dessous, la soude, la potasse ou l’ammoniaque. En particulier, la base peut être choisie parmi les sels de sulfhydrates et/ou les sels de sulfures tels que définis ci-dessous. De préférence, ladite base est le sel de sulfhydrate et/ou le sel de sulfure utilisé à l’étape c1). La base préférée est le sulfhydrate d’ammonium (NH4SH).
La base peut être ajoutée à une concentration comprise entre 0,1 et 10 M, de préférence entre 0,5 et 10 M, de préférence encore entre 0,5 et 5 M, bornes incluses. On utilisera notamment des bases concentrées de manière à limiter la dilution du mélange réactionnel lors de l’ajout de la base.
La température au cours de l’étape c) peut être comprise entre 10°C et 60°C, de préférence entre 20°C et 40°C, et plus particulièrement entre 25°C et 40°C, bornes incluses. La pression au cours de l‘étape c) est généralement la pression atmosphérique. L’étape c) peut être menée en batch, en semi-continu ou en continu. Tout type de réacteurs peut convenir.
L’étape de séparation e) peut s’effectuer selon toute technique connue de l’homme de métier. En particulier, quand le produit final est un solide :
- par extraction et/ou décantation avec un solvant non miscible dans le milieu réactionnel suivie d’une évaporation dudit solvant ;
- par précipitation (par évaporation partielle des solvants ou par ajout d’un solvant dans lequel le composé d’intérêt est moins soluble). Cette précipitation est généralement suivie d’une étape de filtration selon toute méthode connue de l’homme de métier. Le produit final peut ensuite être séché ; ou
- par précipitation sélective via l’ajustement du pH et en fonction des solubilités respectives des différents composés.
L’homocystéine peut notamment être récupérée sous forme solide.
Quand le produit final est sous forme liquide, la séparation peut s’effectuer par distillation ou par distillation ou évaporation précédée d’une extraction liquide/liquide.
L’étape f) de fonctionnalisation supplémentaire et/ou d’éventuelle déprotection peut permettre d’obtenir des fonctions chimiques supplémentaires et/ou de déprotéger certaines fonctions chimiques par des méthodes classiques. Par exemple, si X-R2représente une fonction carboxylique, cette dernière peut être estérifiée, réduite en aldéhyde, réduite en alcool puis estherifiée, amidifiée, nitrilée ou autres. Toutes les fonctions peuvent être obtenues et/ou déprotégées par l’homme de métier en fonction de l’utilisation finale que l’on destine audit mercaptan fonctionnalisé de formule (I).
Ainsi le mercaptan fonctionnalisé de formule (I) obtenu à l’issue de l’étape d) ou e) peut être soumis à une ou plusieurs réactions chimiques supplémentaires pour obtenir un ou plusieurs dérivés mercaptans avec des fonctionnalités différentes, lesdites réactions chimiques étant des réactions bien connues de l’homme de métier.
On entend notamment par hétéroatome, un atome choisi parmi O, N, S, P et les halogènes.
On entend par chaîne hydrocarbonée insaturée, une chaîne hydrocarbonée comprenant au moins une double ou une triple liaison entre deux atomes de carbone.
Mercaptans fonctionnalisés de formule générale (I)
:
Le procédé selon l’invention vise à obtenir des mercaptans fonctionnalisés de formule générale (I) suivante:
R2-X-C*H(NR1R7)-(CH2)n-SH (I)
dans laquelle,
- R1et R7, identiques ou différents, sont un atome d’hydrogène ou une chaîne hydrocarbonée, saturée ou insaturée, linéaire, ramifiée ou cyclique, aromatique ou non, de 1 à 20 atomes de carbone et pouvant comprendre un ou plusieurs hétéroatomes ;
- X est choisi parmi –C(=O)- , –CH2- ou –CN ;
- R2est :
(i) soit nul quand X représente –CN,
(ii) soit un atome d’hydrogène,
(iii) soit –OR3, R3étant un atome d’hydrogène ou une chaîne hydrocarbonée, saturée ou insaturée, linéaire, ramifiée ou cyclique, aromatique ou non, de 1 à 20 atomes de carbone et pouvant comprendre un ou plusieurs hétéroatomes,
(iv) soit –NR4R5, R4et R5, identiques ou différents, étant un atome d’hydrogène ou une chaîne hydrocarbonée, saturée ou insaturée, linéaire, ramifiée ou cyclique, aromatique ou non, de 1 à 20 atomes de carbone et pouvant comprendre un ou plusieurs hétéroatomes ;
n est égal à 1 ou 2 ; et * représente un carbone asymétrique.
Ces mercaptans sont dits fonctionnalisés car en plus de la fonction chimique –SH, ils comprennent également au moins une fonction –NR1R7de type amine.
De préférence, n est égal à 2.
De préférence, X est -C(=O)-.
De préférence, R2est –OR3avec R3tel que défini ci-dessus. R3peut notamment être un atome d’hydrogène ou une chaîne hydrocarbonée saturée, linéaire ou ramifiée, de 1 à 10 atomes de carbone, de préférence de 1 à 5 atomes de carbone. En particulier R3est H.
De préférence, R1et R7, identiques ou différents, sont un atome d’hydrogène ou une chaîne hydrocarbonée, saturée, linéaire ou ramifiée, de 1 à 10 atomes de carbone, de préférence de 1 à 5 atomes de carbone. De préférence, R1et R7sont H.
En particulier, X est –C(=O)- et R2est –OR3avec R3tel que défini ci-dessus.
Les mercaptans fonctionnalisés de formule (I) peuvent être choisis parmi le groupe constitué de l’homocystéine, de la cystéine et de leurs dérivés.
En particulier, les mercaptans fonctionnalisés de formule (I) sont la L-homocystéine et la L-cystéine.
Un mercaptan fonctionnalisé de formule (I) préféré est l’homocystéine, et tout particulièrement la L-homocystéine de formule suivante :
Pour la L-homocystéine, n est égal 2, X est –C(=O)-, R2est –OR3avec R3est H et R1et R7sont H.
Les mercaptans fonctionnalisés de formule (I) sont des composés chiraux. Ils peuvent être obtenus sous forme énantiomérique pure par le procédé selon l’invention. Dans la présente description, lorsque la forme énantiomérique n’est pas précisée, le composé est compris quel que soit sa forme énantiomérique.
Selon un mode de réalisation, le mélange réactionnel à la fin de l’étape c) ne comprend pas de sulfure ni de polysulfure et notamment pas de sulfure ni de polysulfure correspondant au mercaptan fonctionnalisé de formule (I) obtenu. Par exemple, le mélange réactionnel à la fin de l’étape c) comprend moins de 10%, de préférence moins de 5% molaire de sulfures et de polysulfures par rapport au nombre total de moles de composé de formule (II) converties en composé de formule (I).
On entend notamment par sulfure, le sulfure correspondant au composé de formule (I) qui est lui de formule (III) suivante :
R2-X-C*H(NR1R7)-(CH2)n-S-(CH2)n-(NR1R7)C*H-X-R2(III)
avec *, R1, R2, R7, X et n tels que définis ci-dessus.
On entend notamment par polysulfure, le polysulfure correspondant au composé de formule (I) qui est lui de formule (IV) suivante :
R2-X-C*H(NR1R7)-(CH2)n-(S)m-(CH2)n-(NR1R7)C*H-X-R2(IV)
avec *, R1, R2, R7, X et n tels que définis ci-dessus et m étant un entier compris entre 2 et 6 bornes incluses, par exemple m est égal à 2 ou 3.
De préférence, m est égal à 2 (ce qui correspond à un disulfure).
En particulier, le mélange réactionnel à la fin de l’étape c) ne comprend pas de L-homocystéine sulfure ni de L-homocystine lorsque le composé de formule (I) est la L-homocystéine.
Sel de sulfhydrate et/ou sel de sulfure ou H
2
S
:
La présente invention peut être réalisée en présence d’un sel de sulfhydrate et/ou de sulfure ou en présence d’H2S (hydrogène sulfuré).
Ledit sel est généralement apporté sous la forme d’une solution, de préférence aqueuse.
Ledit au moins un sel de sulfhydrate et/ou de sulfure peut être choisi parmi le groupe constitué des : sulfhydrate d’ammonium, sulfhydrates de métaux alcalins, sulfhydrates de métaux alcalino-terreux, sulfures de métaux alcalins et sulfures de métaux alcalino-terreux.
On entend par métaux alcalins, le lithium, le sodium, le potassium, le rubidium et le césium, de préférence le sodium et le potassium.
On entend par métaux alcalino-terreux, le béryllium, le magnésium, le calcium, le strontium et le baryum, de préférence le calcium.
En particulier, ledit au moins un sel de sulfhydrate et/ou sel de sulfure peut être choisi parmi le groupe constitué de :
sulfhydrate d’ammonium NH4SH, sulfhydrate de sodium NaSH, sulfhydrate de potassium KSH, sulfhydrate de calcium Ca(SH)2, sulfure de sodium Na2S, sulfure d’ammonium (NH4)2S, sulfure de potassium K2S et sulfure de calcium CaS. Le sulfhydrate préféré est le sulfhydrate d’ammonium NH4SH. L’ammonium libéré lors la réaction peut par exemple être réutilisé comme source d’azote pour la croissance de microorganismes, notamment de microorganismes exprimant ou surexprimant la sulfhydrylase. Par exemple, les microorganismes peuvent être choisis parmi le groupe constitué :
des cellules de bactéries telles queEscherichia coli,Bacillus sp., ouPseudomonas, des cellules de levures telles queSaccharomyces cerevisiaeouPichia pastoris, des cellules de champignons tels queAspergillus niger,Penicillium funiculosumouTrichoderma reesei, des cellules d’insectes telles que les cellules Sf9, ou encore des cellules de mammifères (notamment humaines) telles que les lignées cellulaires HEK 293, PER-C6 ou CHO.
Plus particulièrement, on utilisera des cellules bactériennes et encore plus préférentiellement des cellules d’E. coli.
Composés de formule générale (II)
:
Pour les composés de formule générale (II) suivante :
R2-X-C*H(NR1R7)-(CH2)n-G (II)
*, R1, R2, R7, X et n sont tels que définis ci-dessus pour les composés de formule (I), et
G représente soit (i) R6-C(O)-O-, soit (ii) (R7O)(R8O)-P(O)-O-, soit (iii) R9O-SO2-O- ;
avec R6étant un atome d’hydrogène ou une chaîne hydrocarbonée de 1 à 20, de préférence 1 à 10, atomes de carbone, saturée ou insaturée, linéaire, ramifiée ou cyclique, pouvant comprendre un ou plusieurs groupement(s) aromatique(s) et pouvant être substituée par un ou plusieurs groupement(s) choisi(s) parmi –OR10, (=O), -C(O)OR11et -NR12R13;
R10, R11, R12et R13étant indépendamment les uns des autres choisis parmi :
H ou une chaîne hydrocarbonée de 1 à 20, de préférence de 1 à 10, atomes de carbone, saturée ou insaturée, linéaire, ramifiée ou cyclique ;
R7et R8, identiques ou différents, étant un proton, un alcalin, un alcalinoterreux ou un ammonium, de préférence un proton ou un alcalin, et plus particulièrement H+ou Na+;
R9est choisi parmi un proton, un alcalin, un alcalinoterreux ou un ammonium, de préférence un proton ou un alcalin, et plus particulièrement un proton H+ou Na+;
En particulier, G représente soit R6-C(O)-O- soit R9O-SO2-O- ; de préférence G est R6-C(O)-O-.
En particulier, R6est un atome d’hydrogène ou une chaîne hydrocarbonée de 1 à 10, de préférence de 1 à 5, atomes de carbone, saturée ou insaturée, linéaire ou ramifiée, et pouvant être substituée par un ou plusieurs groupement(s) choisi(s) parmi –OR10, (=O) et -C(O)OR11; R10et R11étant indépendamment l’un de l’autre choisis parmi :
H ou une chaîne hydrocarbonée de 1 à 10, de préférence 1 à 5, atomes de carbone, saturée ou insaturée, linéaire ou ramifiée.
Plus particulièrement, R10et R11sont H. En particulier, R12et R13sont H.
Par groupement aromatique, on entend préférentiellement le groupement phényle.
Le composé de formule générale (II) est notamment un dérivé de la sérine (quand n est égal à 1) ou de l’homosérine (quand n est égal à 2), en particulier de la L-sérine ou de la L-homosérine. Il peut par exemple être choisi parmi le groupe constitué de :
l’O-phospho-L-homosérine, l’O-succinyl-L-homosérine, l’O-acétyl-L-homosérine, l’O-acétoacétyl-L-homosérine, l’O-propio-L-homosérine, l’O-coumaroyl-L-homosérine, l’O-malonyl-L-homosérine, l’O-hydroxyméthylglutaryl-L-homosérine, l’O-pimélyl-L-homosérine l’O-sulfato-L-homosérine, l’O-phospho-L sérine, l’O-succinyl-L sérine, l’O acétyl-L sérine, l’O-acétoacétyl-L sérine, l’O-propio-L sérine, l’O-coumaroyl-L sérine, l’O-malonyl-L sérine, l’O-hydroxyméthylglutaryl-L sérine, l’O-pimélyl-L sérine et l’O-sulfato-L sérine.
Plus particulièrement, il peut être choisi parmi le groupe constitué de :
l’O-phospho-L-homosérine, l’O-succinyl-L-homosérine, l’O-acétyl-L-homosérine, l’O-acétoacétyl-L-homosérine, l’O-propio-L-homosérine, l’O-coumaroyl-L-homosérine, l’O-malonyl-L-homosérine, l’O-hydroxyméthylglutaryl-L-homosérine, l’O-pimélyl-L-homosérine et l’O-sulfato-L-homosérine.
Le composé de formule générale (II) peut être choisi parmi le groupe constitué de :
l’O-phospho-L-homosérine, l’O-succinyl-L-homosérine, l’O-acétyl-L-homosérine, l’O-sulfato-L-homosérine et l’O-propio-L-homosérine.
Le composé de formule générale (II) peut être choisi parmi le groupe constitué de :
l’O-phospho-L-homosérine, l’O-succinyl-L-homosérine, l’O-acétyl-L-homosérine.
Le composé de formule (II) tout particulièrement préféré est l’O-acétyl-L-homosérine (OAHS), composé pour lequel n est égal à 2, X est –C(=O)-, R2est –OR3avec R3est H, R1et R7sont H et G est –O-C(O)-R6avec R6est un méthyle.
Les composés de formule (II) sont, soit disponibles dans le commerce, soit obtenus par toute technique connue de l’homme du métier.
Ils peuvent être obtenus par un procédé de fermentation à partir d’une source hydrocarbonée et d’azote, par exemple comme décrit dans la demande WO 2008/013432.
Ils peuvent être obtenus par exemple par fermentation d’une matière première renouvelable. La matière première renouvelable peut être choisie parmi le glucose, le saccharose, l’amidon, la mélasse, le glycérol, le bioéthanol, de préférence le glucose.
Les dérivés de la L-sérine peuvent également être produits à partir de l’acétylation de la L-sérine, la L-sérine, pouvant elle-même être obtenue par fermentation d’une matière première renouvelable. La matière première renouvelable peut être choisie parmi le glucose, le saccharose, l’amidon, la mélasse, le glycérol, le bioéthanol, de préférence le glucose.
Les dérivés de la L-homosérine peuvent également être produits à partir de l’acétylation de la L-homosérine, la L-homosérine, pouvant elle-même être obtenue par fermentation d’une matière première renouvelable. La matière première renouvelable peut être choisie parmi le glucose, le saccharose, l’amidon, la mélasse, le glycérol, le bioéthanol, de préférence le glucose.
Sulfhydrylases
:
La réaction entre ledit au moins un composé de formule (II) et ledit au moins un sel de sulfhydrate et/ou de sulfure tels que définis ci-dessus ou l’H2S s’effectue en présence d’au moins une enzyme choisie parmi les sulfhydrylases, de préférence une sulfhydrylase associée audit composé de formule (II). La sulfhydrylase associée à un composé de formule (II) est aisément identifiable car elle partage le même nom, par exemple l’O-acétyl-L-homosérine sulfhydrylase (OAHS Sulfhydrylase) est associée à l’O-acétyl-L-homosérine.
La sulfhydrylase permet notamment de catalyser la réaction entre ledit composé de formule (II) et ledit sel ou l’H2S. On entend généralement par « catalyseur » une substance accélérant une réaction et qui se retrouve inchangée à la fin de cette réaction. La sulfhydrylase, et éventuellement son cofacteur, peut(peuvent) être utilisée(és) en quantité catalytique. Par « quantité catalytique », on entend notamment une quantité suffisante pour catalyser une réaction. Plus particulièrement, un réactif utilisé en quantité catalytique est utilisé en plus petite quantité, par exemple entre environ 0,01% et 20 % en poids bornes incluses, par rapport à la quantité en poids d’un réactif utilisé en proportion stœchiométrique.
Les sulfhydrylases sont notamment de classe EC 2.5.1.XX (avec XX qui varie selon le substrat de l’enzyme).
Par exemple :
- l’O-acétylhomosérine sulfhydrylase est de type EC 2.5.1.49.
- l’O-phosphosérine sulfhydrylase est de type EC 2.5.1.65.
Ainsi, notamment lorsque le composé de formule (II) est un dérivé de la L-homosérine ou de la L-sérine, la sulfhydrylase utilisée peut être choisie parmi l’O-phospho-L-homosérine sulfhydrylase, l’O-succinyl-L-homosérine sulfhydrylase, l’O-acétyl-L-homosérine sulfhydrylase, l’O-acétoacétyl-L-homosérine sulfhydrylase, l’O-propio-L-homosérine sulfhydrylase, l’O-coumaroyl-L-homosérine sulfhydrylase, l’O-malonyl-L-homosérine sulfhydrylase, l’O-hydroxyméthylglutaryl-L-homosérine sulfhydrylase, l’O-pimélyl-L-homosérine sulfhydrylase, l’O-sulfato-L-homosérine sulfhydrylase, l’O-phospho-L sérine sulfhydrylase, l’O-succinyl-L sérine sulfhydrylase, l’O-acétyl-L sérine sulfhyhdrylase, l’O-acétoacétyl-L sérine sulfhydrylase, l’O-propio-L sérine sulfhydrylase, l’O-coumaroyl-L sérine sulfhydrylase, l’O-malonyl-L sérine sulfhydrylase, l’O hydroxyméthylglutaryl-L sérine sulfhydrylase, l’O-pimélyl-L sérine sulfhydrylase et l’O-sulfato-sérine sulfhydrylase.
Plus particulièrement, la sulfhydrylase utilisée peut être choisie parmi l’O-phospho-L-homosérine sulfhydrylase, l’O-succinyl-L-homosérine sulfhydrylase, l’O-acétyl-L-homosérine sulfhydrylase, l’O-acétoacétyl-L-homosérine sulfhydrylase, l’O-propio-L-homosérine sulfhydrylase, l’O-coumaroyl-L-homosérine sulfhydrylase, l’O-malonyl-L-homosérine sulfhydrylase, l’O-hydroxyméthylglutaryl-L-homosérine sulfhydrylase, l’O-pimélyl-L-homosérine sulfhydrylase, l’O-sulfato-L-homosérine sulfhydrylase.
En particulier, la sulfhydrylase peut être choisie parmi l’O-phospho-L-homosérine sulfhydrylase, l’O-succinyl-L-homosérine sulfhydrylase, l’O-acétyl-L-homosérine sulfhydrylase, l’O-sulfato-L-homosérine sulfhydrylase et l’O-propio-L-homosérine sulfhydrylase.
La sulfhydrylase peut être choisie parmi l’O-phospho-L-homosérine sulfhydrylase, l’O-succinyl-L-homosérine sulfhydrylase et l’O-acétyl-L-homosérine sulfhydrylase.
De manière tout particulièrement préférée, l’enzyme est l’O-acétyl-L-homosérine sulfhydrylase (OAHS Sulfhydrylase).
Les sulfhydrylases peuvent fonctionner, tel que parfaitement connu de l’homme du métier, en présence d’un cofacteur tel que le pyridoxal-5’-phosphate (également appelé PLP) ou l’un de ses analogues, de préférence le pyridoxal-5’-phosphate.
Parmi les analogues du cofacteur pyridoxal phosphate, on peut citer le α5-Pyridoxalmethylphosphate, le 5'-Methylpyridoxal-P, le Pyridoxal 5'-sulfate, l’acide α5-Pyridoxalacetique ou tout autre dérivé connu (Groman et al., Proc. Nat. Acad. Sci. USA Vol. 69, No. 11, pp. 3297-3300, November 1972).
Selon un mode de réalisation, un cofacteur de la sulfhydrylase peut être ajouté au mélange réactionnel. Ainsi, un cofacteur de la sulfhydrylase, par exemple le pyridoxal-5’-phosphate, peut être fourni avant l’étape c), ou peut être ajouté lors de l’étape c). Lorsque l’étape c) est effectuée en solution aqueuse, l’enzyme et éventuellement son cofacteur peuvent être préalablement dissous dans de l’eau avant d’être ajoutés à ladite solution.
Selon un autre mode de réalisation, des cellules, par exemple bactériennes ou autres, peuvent produire voire surproduire ledit cofacteur en même temps qu’elles expriment ou surexpriment l’enzyme sulfhydrylase de manière à éviter une étape de supplémentation dudit cofacteur.
Selon un mode de réalisation, la sulfhydrylase, et éventuellement son cofacteur, sont :
- soit sous forme isolée et/ou purifiée, par exemple en solution aqueuse ;
L’isolation et/ou la purification de ladite enzyme produite peut être réalisée par tout moyen connu de l’homme du métier. Il peut s’agir par exemple d’une technique choisie parmi une électrophorèse, un tamisage moléculaire, une ultracentrifugation, une précipitation différentielle, par exemple au sulfate d’ammonium, une ultrafiltration, une filtration sur membrane ou sur gel, un échange d’ions, une séparation par interactions hydrophobes, ou une chromatographie d’affinité, par exemple de type IMAC.
- soit compris dans un extrait brut, c’est-à-dire dans un extrait de cellules broyées (lysat) ; L’enzyme d’intérêt peut être surexprimée ou non dans lesdites cellules, appelées ci-après cellules hôtes. La cellule hôte peut être tout hôte approprié pour la production de l’enzyme d’intérêt à partir de l’expression du gène codant correspondant. Ce gène pourra alors se trouver soit dans le génome de l’hôte, soit porté par un vecteur d’expression.
On entend notamment par « cellule hôte » au sens de la présente invention une cellule procaryote ou eucaryote. Des cellules hôtes couramment utilisées pour l’expression de protéines recombinantes ou non incluent notamment des cellules de bactéries telles queEscherichia coliouBacillus sp., ouPseudomonas, des cellules de levures telles queSaccharomyces cerevisiaeouPichia pastoris, des cellules de champignons tels queAspergillus niger,Penicillium funiculosumouTrichoderma reesei, des cellules d’insectes telles que les cellules Sf9, ou encore des cellules de mammifères (notamment humaines) telles que les lignées cellulaires HEK 293, PER-C6 ou CHO.
De préférence, l’enzyme d’intérêt et éventuellement le cofacteur sont exprimés dans la bactérieEscherichia coli. Préférentiellement, l’enzyme d’intérêt est exprimée à l’intérieur d’une souche d’Escherichia colicomme par exempleEscherichia coliBL21(DE3).
Le lysat cellulaire peut être obtenu selon différentes techniques connues telles que la sonication, la pression (presse de French), via l’utilisation d’agents chimiques (ex. xylène, triton) etc… Le lysat obtenu correspond à un extrait brut de cellules broyées.
- soit compris dans des cellules entières. Pour cela, les mêmes techniques que précédemment peuvent être utilisées sans effectuer l’étape de lyse cellulaire.
Selon un mode de réalisation, la quantité de biomasse exprimant l’enzyme sulfhydrylase par rapport à la masse du composé de formule (II) est comprise entre 0,1% et 10% en poids, de préférence entre 1% et 5% en poids, et/ou la quantité de cofacteur par rapport au composé de formule (II) est comprise entre 0,1% et 10% en poids, de préférence entre 0,5% et 5% en poids, bornes incluses.
Le mélange réactionnel peut également comprendre :
- éventuellement un ou plusieurs solvants choisis parmi l’eau, les tampons tels que les tampons phosphates, Tris-HCl, Tris-base, bicarbonate d’ammonium, acétate d’ammonium, HEPES (acide 4-(2-hydroxyéthyl)-1-pipérazine éthane sulfonique), CHES (acide N-cyclohexyl-2-aminoéthanesulfonique), ou les sels tels que le chlorure de sodium, le chlorure de potassium, ou leurs mélanges ;
- éventuellement des additifs tels que des surfactants, afin notamment de favoriser la solubilité d’un ou plusieurs réactif(s) ou substrat(s).
Les différents composants qui peuvent être utilisés pour la réaction de l’étape c) ci-dessus sont aisément accessibles dans le commerce ou peuvent être préparés selon des techniques bien connues de l’homme du métier. Ces différents éléments peuvent se présenter sous forme solide, liquide ou gazeuse et peuvent très avantageusement être mis en solution ou dissous dans l’eau ou tout autre solvant pour être mis en œuvre dans le procédé de l’invention. Les enzymes utilisées peuvent également être greffées sur support (cas des enzymes supportées).
Selon un mode de réalisation préféré, ledit composé de formule (II) est l’O-acétyl-L-homosérine, l’enzyme utilisée est l’O-acétyl-L-homosérine sulfhydrylase et le mercaptan fonctionnalisé de formule (I) obtenu est la L-homocystéine.
Selon un mode de réalisation préféré, ledit composé de formule (II) est l’O-acétyl-L-homosérine, le sel est le sulfhydrate d’ammonium, l’enzyme utilisée est l’O-acétyl-L-homosérine sulfhydrylase et le mercaptan fonctionnalisé de formule (I) obtenu est la L-homocystéine.
La présente invention concerne également une composition, de préférence une solution aqueuse, comprenant :
- un composé de formule (II) tel que défini ci-dessus ;
- une sulfhydrylase, de préférence une sulfhydrylase associée au composé de formule (II), telle que définie ci-dessus ; et
- un sel de sulfhydrate et/ou un sel de sulfure tel que défini ci-dessus ou de l’H2S en excès, de préférence du NH4SH en excès.
De préférence, ladite composition comprend :
- de la O-acétyl-L-homosérine ;
- de la O-acétyl-L-homosérine sulfhydrylase ; et
- du NH4SH ou de l’H2S en excès.
Ladite composition correspond notamment au mélange réactionnel tel que défini ci-dessus.
Les conditions, caractéristiques et composants supplémentaires éventuels sont les mêmes que ceux définis pour le mélange réactionnel tel que défini ci-dessus.
En particulier, la composition selon l’invention ne comprend pas d’oxygène dissous. De façon préférée, le sel de sulfhydrate et/ou de sulfure ou l’H2S est en excès, de préférence en excès molaire, par rapport au composé de formule (II). Le sel de sulfhydrate et/ou de sulfure ou l’H2S peut donc être en quantité sur-stœchiométrique par rapport à la quantité du composé de formule (II).
En particulier, le ratio molaire [sel de sulfhydrate et/ou sel de sulfure] / [composé de formule (II)] ou H2S/composé de formule (II) est compris entre 1,5 et 10, préférentiellement entre 2 et 8, par exemple entre 3,5 et 8, et encore plus préférentiellement entre 3,5 et 5, bornes incluses.
La composition peut également comprendre un cofacteur de la sulfhydrylase tel que défini ci-dessus.
En particulier, la composition selon l’invention permet la mise en œuvre du procédé selon l’invention.
EXEMPLES
Les exemples qui suivent permettent d’illustrer la présente invention mais ne sont en aucun cas limitatifs.
Les définitions usuelles de la conversion, de la sélectivité et du rendement sont les suivantes :
Conversion = (nombre de moles de réactif à l’état initial – nombre de moles de réactif restant après la réaction) / (Nombre de moles de réactif à l’état initial)
Sélectivité = Nombre de moles de réactif converti en produit souhaité / (Nombre de moles de réactif à l’état initial – nombre de moles de réactif restant après la réaction)
Rendement = Conversion X Sélectivité
EXEMPLE 1 :Procédé comparatif de synthèse de la L-homocystéine en présence d’oxygène et en présence d’une quantité stœchiométrique de NaSH par rapport à l’OAHS.
Etape 1.
L’O-acétyl-L-homosérine a été synthétisée à partir de L-homosérine et d’anhydride acétique selon le protocole décrit dans les travaux de Sadamu Nagai, « Synthesis of O-acetyl-L-homoserine », Academic Press, (1971), vol.17, p. 423-424.
Etape 2.
Dans un réacteur thermostaté en verre de 250 mL, sont introduits 5,25 g/L d’O-acétyl-L-homosérine provenant de l’étape 1), ce produit étant dissous dans 140 mL d’eau. La solution est portée à 37°C sous agitation mécanique. Puis une quantité stœchiométrique de NaSH dihydraté est ajoutée dans le réacteur (soit 3 g/L). Le pH du milieu réactionnel est ajusté à une valeur de 6,5 grâce à une solution d’ammoniaque (4M) puis 5 g/L d’OAHS Sulfhydrylase et 0,4 g/L de cofacteur pyridoxal phosphate sont ajoutés dans le mélange réactionnel. Le pH est maintenu à une valeur consigne de 6,5 via une solution d’ammoniaque (4M).
Les analyses par potentiométrie, HPLC et RMN montrent une disparition progressive des réactifs (OAHS et NaSH) et l’apparition progressive de plusieurs produits au cours du temps. Les composés ainsi formés sont majoritairement :
- la L-homocystéine,
- la L-homocystéine sulfure (acide 4,4’-sulfanediylbis(2-aminobutanoïque) / L-homolanthionine), et
- la L-homocystine (disulfure / acide L-4,4′-Dithiobis(2-aminobutanoïque)).
Une analyse du milieu réactionnel au temps final a permis de montrer que tout l’OAHS est consommé à la fin de la réaction, car celui-ci n’est pas détectable même sous forme de traces.
Les sélectivités molaires par rapport à l’OAHS transformé obtenues (soit exprimées en % molaire des différents composés présents dans le mélange final hors eau, acide acétique et cofacteur PLP) sont les suivantes :
- 31% de L-homocystéine et
- 69% d’homocystéine sulfure (L-homolanthionine / acide 4,4’-sulfanediylbis(2-aminobutanoïque)) et d’homocystine (disulfure / acide L-4,4′-Dithiobis(2-aminobutanoïque)).
Le rendement molaire en L-homocystéine est de 31%.
EXEMPLE 2 :Procédé comparatif de synthèse de la L-homocystéine en présence d’oxygène et en présence d’une quantité sur-stœchiométrique de NaSH par rapport à l’OAHS.
Etape 1.
L’O-acétyl-L-homosérine a été synthétisée à partir de L-homosérine et d’anhydride acétique selon le protocole décrit dans les travaux de Sadamu Nagai, « Synthesis of O-acetyl-L-homoserine », Academic Press, (1971), vol.17, p. 423-424.
Etape 2.
Dans un réacteur thermostaté en verre de 250 mL, sont introduits 5,25 g/L d’O-acétyl-L-homosérine provenant de l’étape 1), ce produit étant dissous dans 140 mL d’eau. La solution est portée à 37°C sous agitation mécanique. Puis une quantité sur-stœchiométrique de NaSH dihydraté est ajoutée dans le réacteur (X5 soit 15 g/L). Le pH du milieu réactionnel est ajusté à une valeur de 6,5 puis 5 g/L d’OAHS Sulfhydrylase et 0,4 g/L de cofacteur pyridoxal phosphate sont ajoutés dans le mélange réactionnel. Le pH est maintenu à une valeur consigne de 6,5 via une solution d’ammoniaque (4M).
Les analyses par potentiométrie, HPLC et RMN révèlent une disparition progressive de l’OAHS et l’apparition progressive de plusieurs produits au cours du temps. Le composé majoritaire formé est la L-homocystéine avec une proportion non négligeable de L-homocystine (acide L-4,4′-Dithiobis(2-aminobutanoïque)).
Dans ces essais, le sulfure d’homocystéine (L-homolanthionine) n’est pas formé, car il n’est pas détectable dans le milieu réactionnel final même à l’état de traces.
Une analyse du mélange réactionnel au temps final a permis de montrer que tout l’OAHS est consommé à la fin de la réaction, car celui-ci n’est pas détectable même sous forme de traces.
Les sélectivités molaires (calculées selon l’exemple 1) par rapport à l’OAHS transformé obtenues sont les suivantes:
- 80% de L-homocystéine.
- 20% de L-homocystine (acide L-4,4′-Dithiobis(2-aminobutanoïque)).
Le rendement molaire de la réaction en L-homocystéine est alors de 80%.
EXEMPLE 3 :Procédé selon l’invention de synthèse de la L-homocystéine en l’absence d’oxygène et en présence d’une quantité sur-stœchiométrique de NaSH par rapport à l’OAHS
Etape 1.
L’O-acétyl-L-homosérine a été synthétisée à partir de L-homosérine et d’anhydride acétique selon le protocole décrit dans les travaux de Sadamu Nagai, « Synthesis of O-acetyl-L-homoserine », Academic Press, (1971), vol.17, p. 423-424.
Etape 2.
Les solutions d’OAHS, de NaSH et d’OAHS sulfhydrylase et l’eau sont préalablement dégazées séparément par barbotage diazote à la température de réaction (avant le mélange) pour supprimer la présence de l’oxygène dissous.
Le réacteur est également inerté sous diazote.
Etape 3.
Dans un réacteur thermostaté en verre de 250 mL, sont introduits 5,25 g/L d’O-acétyl-L-homosérine provenant de l’étape 1), ce produit étant dissous dans 140 mL d’eau. La solution est portée à 37°C sous agitation mécanique. Puis une quantité sur-stœchiométrique de NaSH dihydraté est ajoutée dans le réacteur (X5 soit 15 g/L). Le pH du milieu réactionnel est ajusté à une valeur de 6,5 puis 5 g/L d’OAHS Sulfhydrylase et 0,4 g/L de cofacteur pyridoxal phosphate sont ajoutés dans le mélange réactionnel. Le pH est maintenu à une valeur consigne de 6,5 via une solution d’ammoniaque (4M).
Les analyses par potentiométrie, HPLC et RMN révèlent une disparition progressive de l’OAHS et l’apparition progressive de L-homocystéine. Dans ces essais, le sulfure d’homocystéine (L-homolanthionine) et le disulfure (L-homocystine) ne sont pas formés et ne sont pas détectables dans le mélange réactionnel final.
Une analyse du mélange réactionnel au temps final a permis de montrer que tout l’OAHS est consommé à la fin de la réaction, car celui-ci n’est pas détectable même sous forme de traces.
On obtient un rendement en L-homocystéine d’environ 100%.
Claims (10)
- Procédé de synthèse d’au moins un mercaptan fonctionnalisé de formule générale (I) suivante :
R2-X-C*H(NR1R7)-(CH2)n-SH (I)
dans laquelle,
-R 1 et R 7 , identiques ou différents, sont un atome d’hydrogène ou une chaîne hydrocarbonée, saturée ou insaturée, linéaire, ramifiée ou cyclique, aromatique ou non, de 1 à 20 atomes de carbone et pouvant comprendre un ou plusieurs hétéroatomes ;
-Xest choisi parmi –C(=O)- , –CH2- ou –CN ;
-R 2 est :
(i) soit nul quand X représente –CN,
(ii) soit un atome d’hydrogène,
(iii) soit –OR3, R3étant un atome d’hydrogène ou une chaîne hydrocarbonée, saturée ou insaturée, linéaire, ramifiée ou cyclique, aromatique ou non, de 1 à 20 atomes de carbone et pouvant comprendre un ou plusieurs hétéroatomes,
(iv) soit –NR4R5, R4et R5, identiques ou différents, étant un atome d’hydrogène ou une chaîne hydrocarbonée, saturée ou insaturée, linéaire, ramifiée ou cyclique, aromatique ou non, de 1 à 20 atomes de carbone et pouvant comprendre un ou plusieurs hétéroatomes ;
n est égal à 1 ou 2 ; et * représente un carbone asymétrique ;
ledit procédé comprenant les étapes de :
a)fourniture d’au moins un composé de formule générale (II) suivante :
R2-X-C*H(NR1R7)-(CH2)n-G (II)
dans laquelle *, R1, R2, R7, X et n sont tels que définis pour la formule (I) et
G représente soit (i) R6-C(O)-O-, soit (ii) (R7O)(R8O)-P(O)-O-, soit (iii) R9O-SO2-O- ;
avec
R6étant un atome d’hydrogène ou une chaîne hydrocarbonée de 1 à 20 atomes de carbone, saturée ou insaturée, linéaire, ramifiée ou cyclique, pouvant comprendre un ou plusieurs groupement(s) aromatique(s) et pouvant être substituée par un ou plusieurs groupement(s) choisi(s) parmi –OR10, (=O), -C(O)OR11, -NR12R13;
R10, R11, R12et R13étant indépendamment les uns des autres choisis parmi :
H ou une chaîne hydrocarbonée de 1 à 20 atomes de carbone, saturée ou insaturée, linéaire, ramifiée ou cyclique ;
R7et R8, identiques ou différents, étant un proton, un alcalin, un alcalinoterreux ou un ammonium ;
R9étant choisi parmi un proton, un alcalin, un alcalinoterreux ou un ammonium ;
b)fourniture d’au moins un sel de sulfhydrate et/ou un sel de sulfure ou d’H2S ;
c)réaction entre ledit au moins un composé de formule (II) et ledit au moins un sel de sulfhydrate et/ou de sulfure ou l’H2S en présence d’au moins une enzyme choisie parmi les sulfhydrylases, et de préférence une sulfhydrylase associée audit composé de formule (II) ; ladite réaction s’effectuant en l’absence d’oxygène ;
d)obtention d’au moins un mercaptan fonctionnalisé de formule (I) ;
e)éventuelle séparation dudit au moins un mercaptan fonctionnalisé de formule (I) obtenu à l’étape d) ; et
f)éventuelle fonctionnalisation supplémentaire et/ou éventuelle déprotection du mercaptan fonctionnalisé de formule (I) obtenu à l’étape d) ou e) ; et
dans lequel les étapes a) et b) sont, ou non, effectuées de manière simultanée. - Procédé de synthèse selon la revendication 1, dans lequel le sel de sulfhydrate et/ou sel de sulfure ou l’H2S est en excès par rapport au composé de formule (II), de préférence durant l’étape c).
- Procédé de synthèse selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le ratio molaire [sel de sulfhydrate et/ou sel de sulfure] / [composé de formule (II)] ou H2S/composé de formule (II) est compris entre 1,5 et 10, préférentiellement entre 2 et 8, et encore plus préférentiellement entre 3,5 et 5, bornes incluses, de préférence durant l’étape c).
- Procédé de synthèse selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ledit au moins un sel de sulfhydrate et/ou de sulfure est choisi parmi le groupe constitué des :
sulfhydrate d’ammonium, sulfhydrates de métaux alcalins, sulfhydrates de métaux alcalino-terreux, sulfures de métaux alcalins et sulfures de métaux alcalino-terreux. - Procédé de synthèse selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’étape c) est réalisée en solution, de préférence en solution aqueuse.
- Procédé de synthèse selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le pH du milieu réactionnel à l’étape c) est compris entre 4 et 9, par exemple entre 5 et 8, de préférence entre 6 et 7,5, et plus particulièrement entre 6,2 et 7,2, bornes incluses.
- Procédé de synthèse selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le composé de formule (II) est choisi parmi le groupe constitué de :
l’O-phospho-L-homosérine, l’O-succinyl-L-homosérine, l’O-acétyl-L-homosérine, l’O-acétoacétyl-L-homosérine, l’O-propio-L-homosérine, l’O-coumaroyl-L-homosérine, l’O-malonyl-L-homosérine, l’O-hydroxyméthylglutaryl-L-homosérine, l’O-pimélyl-L-homosérine et l’O-sulfato-L-homosérine, de préférence l’O-acétyl-L-homosérine. - Procédé de synthèse selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’étape c) est réalisée selon les deux étapes c1) et c2) suivantes :
c1) réaction entre ledit au moins un composé de formule (II) et ledit au moins un sel de sulfhydrate et/ou de sulfure ou l’H2S en présence d’au moins une enzyme choisie parmi les sulfhydrylases et ladite réaction étant effectuée en l’absence d’oxygène et en solution ;
c2) ajustement du pH de ladite solution par ajout d’une base de façon à obtenir un pH compris entre 4 et 9, par exemple entre 5 et 8, de préférence entre 6 et 7,5, et plus particulièrement entre 6,2 et 7,2, bornes incluses. - Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ledit composé de formule (II) est la O-acétyl-L-homosérine, l’enzyme utilisée est l’O-acétyl-L-homosérine sulfhydrylase et le mercaptan fonctionnalisé de formule (I) est la L-homocystéine.
- Composition, de préférence solution, comprenant :
- un composé de formule (II) tel que défini à la revendication 1 ;
- une sulfhydrylase, de préférence une sulfhydrylase associée au composé de formule (II) ; et
- du sulfhydrate d’ammonium NH4SH ou de l’H2S en excès.
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