Image de couverture de l'édition actuelle de Green Chemistry présentant la recherche HIMS/Biocat.
Des chercheurs de l'Institut Van't Hoff des sciences moléculaires (HIMS) de l'Université d'Amsterdam ont mis au point le premier procédé biocatalytique viable « vert » pour l'oxydation chimiosélective des aldéhydes en acides carboxyliques. L'article décrivant la recherche apparaît dans l'édition actuelle de la revue Chimie verte .
L'oxydation des aldéhydes en acides carboxyliques est une réaction chimique importante et pertinente sur le plan industriel, par exemple en ce qui concerne la synthèse de produits pharmaceutiques et de polymères biosourcés. Les procédures d'oxydation actuelles nécessitent l'utilisation abondante de réactifs chimiques toxiques et produisent souvent des produits secondaires indésirables.
A la recherche d'une amélioration de l'empreinte environnementale de l'oxydation des aldéhydes, diverses nouvelles méthodes de synthèse ont été étudiées. Jusqu'à maintenant, cependant, aucune procédure économiquement viable basée sur des réactifs et/ou des solvants sans danger pour l'environnement n'a été développée, et qui combine une productivité élevée avec une sélectivité parfaite (c'est-à-dire que seules les fonctions aldéhydes souhaitées sont oxydées, minimisant ainsi voire évitant complètement la formation de produits secondaires indésirables).
Biocatalyse bénigne
En tant qu'alternative 'verte' intéressante, biocatalytique, les méthodes enzymatiques pour l'oxydation des groupes fonctionnels présentent des conditions de réaction douces (température ambiante et pression atmosphérique) dans un environnement aqueux, et ils atteignent généralement de très bonnes sélectivités. Par ailleurs, ils peuvent utiliser l'oxygène moléculaire comme oxydant bénin.
L'équipe de recherche HIMS dirigée par le Dr Francesco Mutti a maintenant exploré avec succès l'utilisation d'enzymes aldéhyde déshydrogénase pour l'oxydation des aldéhydes en acides carboxyliques. Dans un article récemment accepté par la revue à fort impact RSC Chimie verte , les chercheurs présentent une étude sur trois aldéhydes déshydrogénases recombinantes provenant de lentilles bovines et des bactéries Escherichia coli et Pseudomonas putida. Pour la régénération de la coenzyme catalytique NAD+, ils ont appliqué le H
Étude approfondie
Pour étudier le potentiel des trois enzymes, les chercheurs ont mené une étude approfondie au cours de laquelle ils ont testé soixante et un aldéhydes structurellement divers. La majorité de ces substrats (aliphatiques, aryle aliphatique, benzylique-, aldéhydes hétéroaromatiques et bicycliques) ont été convertis avec des rendements bien supérieurs à 60 % et dans de nombreux cas même supérieurs à 99 %. Les seules exceptions étaient des benzaldéhydes ortho-substitués et deux aldéhydes hétéroaromatiques bicycliques.
Dans tous les cas, la chimiosélectivité était parfaite :aucun autre produit n'a été détecté à l'exception de l'acide carboxylique attendu. Cela signifie que d'autres fonctionnalités oxydables (telles que la fraction hydroxyle, groupes alcènes, groupes aryles, et le soufre ainsi que les hétéroatomes d'azote) sont restés intacts.
Cellules entières
Étant donné que pour les applications pratiques, l'utilisation de cellules entières plutôt que d'enzymes purifiées doit être préférée, éviter les étapes de purification longues et coûteuses, les chercheurs ont également étudié la bio-oxydation avec E. coli a lyophilisé des cellules entières ainsi que des cellules au repos. Il s'est avéré que la supplémentation en NAD+coenzyme et en enzyme de recyclage des NOx peut être omise dans certains cas car l'hôte microbien produit une quantité suffisante de coenzyme, qui peuvent être recyclés par les enzymes endogènes d'E. coli.
Les chercheurs concluent que les aldéhydes déshydrogénases ont le potentiel de devenir le premier choix pour l'oxydation chimiosélective des aldéhydes en groupes carboxyliques. Leur méthode biocatalytique est particulièrement intéressante pour l'oxydation de fragments aldéhyde au sein de molécules possédant d'autres groupes oxydables. Les recherches futures se concentreront sur l'amélioration de la tolérance des enzymes à la concentration du substrat et de la stabilité à long terme afin de permettre une application encore plus large de ces enzymes.
