08 09 16 14h 15h terpene willand

2016-2017
Terpènes ou Terpénoïdes
Terpènes ou Terpénoïdes
– UE6: Chimie organique–
Semaine : n°1 (du 05/09/16 au
09/09/16)
Date : 08/09/2016
Heure : de 14h00 à
15h00
Binôme : n°15
Professeur : Pr. Willand
Correcteur : n°34
Remarques du professeur
•
Planche 16 : erreur ce n'est pas les diterpènes mais triterpènes(donc C=30)
PLAN DU COURS
I)
Question
II)
Les Terpènes
A)
Introduction
B)
Les terpènes
III)
Sources biologiques d'isoprène
A)
Voie de l'acide acétique
B)
Réactivité du PPI et du PPDMA
C)
Formation d'un monoterpène monocyclique
D)
Les monoterpènes bicycliques
IV)
Biogénèse des stéroides
V)
Les diterpènes et dérivés
VI)
Questions
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2016-2017
I)
Terpènes ou Terpénoïdes
Questions
Question 1 : Parmi les informations suivantes, laquelle (lesquelles) est (sont) exacte(s) ?
•
Glutathion présente deux carbones asymétriques.
•
La fonction amine comme toutes les amines sont protonées à pH physiologique, les fonctions acides sont
elles déprotonées.
•
La structure présente : une cystéine et une glycine
•
Elle peut former des pont disulfure par oxydation grâce
=> Réponses A, B, C, E
II)
Terpènes
A)
Introduction
Les terpènes sont des composés qu'on rencontre tous les jours car un grand nombre de terpène se présente dans
l'alimentation, les arbres ou fleurs. Tous ces composés proviennent de 2 molécules uniquement
Exemple : Géraniol et limonène ont une structure assez proche mais pourtant une odeur différente. α-pipène,
vitamine A, farnésol, Acide chrysanthémique
Les terpènes sont des polymères naturels d'unités isopréniques = (C5H8)n.
Il y a des composés qui présente deux insaturations on parle de diène.
Autre exemple : le caoutchouc naturel qui présente un enchainement d'unité isoprénique relié par des liaisons
simples.
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Terpènes ou Terpénoïdes
Le myrcène : C10H16
Globalement une unité isoprénique se présente de cette manière avec un enchainement queue-tête relié par une
liaison (en vert).
On a l'image d'un scorpion avec une tête et une queue qui s'enchaine
B)
Les terpènes
Suivant le nombre entier d'unité pentacarbonés (C5)n ramifiées dérivées du 2-méthylbutadiène on peut faire la
classification suivante :
•
•
•
•
•
•
n= 2 monoterpène (C10) ce sont les plus communs. Ils ont pour formule C10H16 et comptent de nombreux
isomères.
n= 3 sesquiterpènes (C15), C15H24
n= 4 diterpènes (C20), C20H32
n=5 sesterpènes (C25)
n=6 triterpènes (C30)
n=8 (et au delà) et le caoutchouc naturel : les polyterpènes
Avec n = le nombre d'unité isoprénique
Exemple :
•
Les monoterpène :menthol (odeur de la menthe), citral
(la citronnelle)
•
Sesquiterpène : α-Selinène (odeur du céleri)
•
Diterpènes : vitamine A présentant un cyclohexane et des doubles liaisons conjugués avec une fonction
hydroxyle au bout qui peut être hydroxylée. La fonction acide peut être oxydée en carbonyle puis en acide
carboxylique.
•
Triterpène : Squalène (huile de foie de requin) : présente 6 unités isoprénique
Ce pyrophosphate d'isopentényle est synthétisé à partir de l'acide
mévalonique à 6 carbones qui lui même provient de l'acide acétique à 2
carbones. Il faudra utiliser 3 molécules d'acide acétique pour former l'acide
mévalonique.
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A)
Terpènes ou Terpénoïdes
Voie de l'acide acétique :
La cellule utilise une co-enzyme qui est la co-enzyme A = molécule qui a une structure complexe (avec ribose,
purine, unité pyrophosphate) mais ce qui nous intéresse le plus c'est le souffre qui est en bout de chaine, va être
accessible mais il est aussi nucléophile et pas basique. A pH physiologique le souffre ne va donc pas se protonné et
il gardera son caractère nucléophile.
Le soufre est un des nucléophiles principalement utilisé dans les fonctions carboxyliques. Un dérivé d'acide
carboxylique qui est le thioester va réagir avec le souffre. Le co-enzyme A forme des thioesters à partir des acides
carboxyliques correspondants.
La première étape essentielle est de transformer l'acide en présence de co-enzyme A et de donner un thioester.
Cette réaction se fait grâce à de l'ATP et une machinerie enzymatique via l'acétyl co-enzyme A synthétase.
La réactivité de l'enzyme co-enzyme A est double :
•
•
1 = Électrophile au niveau de la fonction carbonylé
2 = Nucléophile carbone en alpha avec H mobile
=> permet la réactivité des unités les unes avec les autres
Donc on déprotone le carbone en alpha en présence d'une base. On utilise les amines ( chaîne latéral des lysines
souvent joue le rôle de base) et conduit au carbanion.
Une fois formé on utilise une deuxième molécule de coenzyme A, on a le groupe partant qui est le co-enzyme A
(=catalyseur).
On a une liaison sigma générée entre le carbone en alpha et le carbonyle de 2 unités de l'enzyme de coA de départ,
et on a libéré la co-enzyme A. On se retrouve avec l'acétoAcétyl-CoA. On a ainsi relié deux unités. Et on
recommence une nouvelle fois.
Le nucléophile va donner deux choix possibles :
•
•
Soit un groupement carbonyle cétone
soit le thioester
=> La cétone sera plus réactive que le thiester et le nucléophile va attaquer la fonction cétone. Cela fait alors une
réaction d'addition.
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Terpènes ou Terpénoïdes
On additionne le nucléophile sur le groupement carbonylés délocalisation de la liaison pi et l'oxygène va se
reprotoner pour contribuer à l'alcool.
Il nous manque une étape d'hydrolyse qui fait passer du thioester à
l'acide carboxylique et une réduction qui fait passer du thioester à
l'alcool. On a l'acide mévalonique.
On a six atomes de carbones mais il nous en faut cinq pour avoir
l'iso-pentényl :
• On va transformer l'acide mévalonique en dérivé
phosphorée grâce à l'ATP.
• Puis décarboxylisation pour perdre une mol de CO2 et former le PPI qu'on voulait
Ce composé (PPI) synthétisé est :
Un alcène qui comporte la double liaison en partie terminale. Cet alcène
terminal est en équilibre avec un autre alcène (le + substitué) qui est plus
stable le pyrophosphate de diméthylallyle (PPDMA)
Cette isomérie s'explique par la présence de proton qui va permettre cet
équilibre
PPDMA : présente un allyle avec 2 méthyle en bout de chaine.
Rappels :
Pour un alcène : H se fixe sur le C le moins substitué pour former le
carbocation le plus stable
B)
Réactivités du PPI et du PPDMA
Réactivité du PPI et du PPDMA ?
1- Pyrophosphate d'isopentényle (PPI) :
Présence d'un alcène riche en électrons => se forme le carbocation le plus stable donc rôle nucléophile
2- PPDMA :
Double liaison au centre avec une unité pyrophosphate on a une liaison polarisée fragile qui peut se casser
facilement. Ca génère un cation allylique qui peut être stabilisé par délocalisation (forme en résonance). La charge
positive qui est générée par le départ du pyrophosphate est stabilisée. D'où le pyrophosphate de diméthylallyle va
jouer le rôle d'électrophile.
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Terpènes ou Terpénoïdes
Pour former les terpènes il suffit alors de mettre le
nucléophile (PPI) en face de l'électrophile (PPDMA) on
peut alors réaliser la liaison et une espèce intermédiaire
qui est le carbocation.
Le pyrophosphate arrache le proton et donc forme la
deuxième double liaison.
Il se forme le pyrophosphate de Géranyle qui possède
10 C.
Ce pyrophosphate de géranyle pourra évoluer par des
réaction d'oxydation en :
C)
Formation d'un monoterpène monocyclique :
A partir du géranyle on fait tourner la liaison et on va retrouver un caractère nucléophile et former un carbocation
tertiaire.
Le nucléophile attaque le carbone électrophile, départ du pyrophosphate et formation du cycle.
L'unité de PP va de nouveau arracher un proton pour stabiliser le carbocation et former une double liaison.
Exemple : limonène, Menthol, Cis-terpine, eucalyptol
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D)
Terpènes ou Terpénoïdes
Les monoterpènes bicycliques :
A partir de notre pyrophosphate de géranyl, il suffit de tourner la liaison. On retrouve les mêmes caractéristiques :
–
un caractère Nucléophile
–
un caractère Électrophile
=> On réalise la réaction : le nucléophile attaque le carbone électrophile départ du pyrophosphate, on a donc
cyclisation et une unité pyrophosphate qui vient de nouveau arracher un proton pour venir stabiliser le carbocation
pour leur donner une double liaison.
Camphre = monoterpène cyclique.
Pour la formation des :
• sesquiterpènes : on recommence cette opération : Pyrophosphate d'isopentényle et le pyrophosphate de
géranyle vont former le pyrophosphate de Farnésyle (PPF). On a 15 carbones qui von donner naissance à
tous les sesquierpènes.
• triterpènes : 2 PPF donne le squalène ou pyrophosphate de Farnésyle.
IV)
Biogénèse des stéroides :
Se fait à partir du squalène. On utilise l'oxygène et une enzyme.
L'oxydation a lieu en positon terminal et donne la synthèse d'un époxyde.
On va le replier et on voit
apparaître des cycles à 6 ou 5
sommets.
Au milieu le carbone le plus électrophile sera le plus substitué. On
va protonée l'oxygène qui va permettre de rendre les électrons à
l'oxygène.
On obtient un carbocation, et en face de lui on a un nucléophile qui
va basculer ainsi de suite (domino).
Ca permet la formation de liaison simple = structure à 6 sommets à
la fin
Au total on a 30 atomes de carbones et 4 cycles.
On doit passer par une voie de déméthylation et transportation pour avoir le stéroïde à 27 carbones voir moins.
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2016-2017
V)
Terpènes ou Terpénoïdes
Les diterpènes C20H32 et dérivés
Autres terpènes = le Taxol extrait de l'écorce de l'If du pacifique utilisé dans le traitement du cancer et présente un
cœur terpénique
VI)
Question :
L'isotrétinoïne est un stéréoisomère de l'acide tout-trans-rétinoïque (trétinoïne). L'isotrétinoïne est utilisée dans la
prise en charge d'acnés. Parmi les affirmations suivantes, laquelle (lesquelles) est (sont) exacte(s) ?
•
•
•
•
•
Isotrétinoïne : présente 20 C donc diterpènes
On a un atome acide donc état d'ionisation -I
N'a pas de carbone asymétrique
La dernier liaison double C=C est cis
Il peut être obtenu par l'oxydation de son analogue aldéhyde
=> Réponses A, D et E
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