Microsoft Word - cours CHIMIE BIOORGANIQUE_master2

Prof. BEKRO Yves-Alain/Université Nangui Abrogoua/UFR-SFA/ Laboratoire de Chimie Bio organique et de
Substances Naturelles
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OH
OH
N -CH 3
O
COURS DE CHIMIE BIOORGANIQUE (CHBO)
MASTER 2
1. Mécanismes réactionnels en CHBO
Groupes fonctionnelsen CHBO(GF)
GF= carte d’identité d’une molécule= ensemble d’atomes qui au sein d’une
molécule, présente des propriétés caractéristiques.
Structure Nom
Alcène
Arène
XH X= O, Alcool
= S, Thiol
GF rencontrés dans les biomolécules
AA= O, Ether
= S, Sulfure
NAmine
S
S
Disulfure
YY= N, Imine
= O, carbonyle/Oxo
O
HO
Acide carboxylique
O
Y
Y= O, Ester
= S, Thioester
O
N
Amide
Z
P
O
O-
O-
Z= O, Monophosphate
= COO, Acylphosphate
Acides et bases

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Ce sont des entités très importantes tant en CHBO qu’en biochimie car elles
catalysent la plupart des transformations biologiques.
*Conception de Bronsted-Lowry
O
N
O
O-N
H
Acide
Base Base conjuguée Acide conjugué
O
H
*Conception de Lewis : Elle est plus générale que celle de Bronsted-Lowry
B
Orbitale pleine Orbitale vacante
Base de Lewis Acide de Lewis
ABA
De nombreux cations métalliques tels que Mg2+, Zn2+ (très répandus), Fe3+ sont
des acides de Lewis qui sont impliqués dans de nombreuses réactions
biologiques, principalement en qualité de cofacteurs (ions métalliques ou
petites molécules organiques utiles pour la réaction)dans des réactions
enzymatiques. Des sites Fe-S peuvent aussi jouer le rôle d’acide de Lewis, par
exemple lors de la déshydratation du citrate en Z-aconitate.
Fe
S Fe
S
S
Fe S
Fe
S Cys
S
S
Cys
Cys
OH2
CO2-
CO2-
OH
Citrate
Fe
S Fe
S
S
Fe S
Fe
S Cys
S
S
Cys
Cys
OH2
CO2-
CO2-
OH
H
B
CO2-
CO2-
Fe
S Fe
S
S
Fe S
Fe
S Cys
S
S
Cys
Cys
OH
CO2-
CO2-
CO2-
HZ-aconitate
-H2O
Centre Fe-S
Cys= cystéine

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Electrophiles et nucléophiles
Electrophile (E+)= acide de Lewis= substance qui adore les e-.Il est soit neutre
soit positivement chargé.
Nucléophile (Nu-)= base de Lewis= substance qui adore les sites appauvris en e-.
Il est soit neutre soit négativement chargé.
O
O H
+
B-
O
O
+ BH
S
+
Nu-
SNu-CH3
O
+
Nu-
O
Nu
Réactions d’AE
Les réactions qui se déroulent dans les êtres vivants suivent les mêmes règlent
que celles effectuées en laboratoire. Cependant, le solvant, la température et
les catalyseurs sont souvent différents.
*AE sur une liaison C=C : hydratation acidocatalysée du 2-méthylpropène
H
H
H OH2
Complexe 
H
H
C stable
OH2
H
H
OH2
OH2
H3O+
OH
Exemple : la biosynthèse de l’α-terpinéol (alcool monoterpénique naturel isolé
de l’huile de pin, ingrédient commun des parfums, cosmétiques) est une AE.
Linalyldiphosphate
PPO
PPO= OP
O
O P O *
O
OO
-PPO-
OH2
OH2
OH2
OH
-H3O+

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Réactions de SN
La SN est le remplacement d’un nucléofuge par un Nu- sur un C sp3. Elle peut
avoir lieu selon un mécanisme SN1 ou SN2 et ce, en fonction du pH, du solvant
et d’autres conditions réactionnelles. La SN1 a lieu généralement avec les
substrats tertiaires ou allyliques. La SN2 par contre, a lieu avec des substrats
primaires. Ces mécanismes interviennent dans de nombreux processus
biochimiques.
*SN1 – mécanisme en 2 étapes
Br
- Br
Stable
2-bromo-2-méthylpropane
H2O
OH2
Br
-HBr
OH
2-méthylpropan-2-ol
Exemple : Biotransformation du géranyldiphosphate en géraniol (alcool
odorant isolé des roses et employé en parfumerie.
OPP
Géranyldiphosphate + PPO-
C stable
H2O
OH2
H2OH3O+OH
Géraniol
*SN2 – mécanisme en 1 étape concertée
Mécanisme de l’hydrolyse en milieu alcalin du (2S)-2-bromobutane en (2R)-
butan-2-ol.
H
Br
HO
H
BrOH
--
Etat de transition activé
-Br
OH
H
(S) (R)

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En SN2, il y a toujours inversion de configuration (géométrie) à ne pas
confondre avec la configuration absolue (R/S) du C* car l’ordre des 4
substituants peut être modifié par la réaction.
Ici l’inversion de configuration est accompagnée de l’inversion de configuration
absolue (inversion de Walden)
In vivo, les réactions de méthylation ont lieu par transfert de (CH3-) de la
S-adénosylméthionine (SAM) (agent de méthylation biologique)
Exemple : Biotransformation (méthylation) de la norépinéphrine en
épinéphrine.
OH
OH
H2N
HO H
Norépinéphrine
O
HO OH
N
N
N
N
H2N
S
O2HC
HNH3
S-adénosylméthionine
OH
OH
HN
HO H
Epinéphrine
(Adrénaline)
O
HO OH
N
N
N
N
H2N
S
O2HC
HNH3
S-adénosylhomocystéine
(SAH)
Réactions d’AN sur C=O
La fonction C=O est présente dans la plupart des molécules biologiques et les
transformations liées à sa réactivité interviennent dans presque tous les
processus biochimiques.
O
R=H, aldéhyde
=H, cétone
Incapables de stabiliser une charge négative, aucun nucléofuge n'est lié au CO
ce qui rend une SN difficile
O
X= OH, acide carboxylique
= OR, ester
= NR2, amide
= SR, thioester
= OPO32-, acylphosphate
Ces groupes présentent une CO liée à O, N ou S
qui peuvent stabiliser une charge négative et donc
sont de bons nucléofuges. la SN est donc possible.
O
+
-Site de nucléphilie et de basicité
Site électrophile
Ce profil de réactivité se retrouve dans presque toutes
les réactions biochimiques.
O
+
-
Nu-
O
Nu Divers produits
Nu-= H-, RNH2, ROH,...