ism2, équipe Chirosciences

Centre national de la recherche Scientifique

Modèle Poster Chirosciences

Equipe Chirosciences / Chirosciences Team

En quelques mots / Overview

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L'équipe Chirosciences s'intéresse à la Chiralité.

"Droite ou Gauche ? Comme nos mains les molécules chirales existent sous deux formes, images l'une de l'autre dans un miroir. Cette propriété présente d'importantes implications biologiques des molécules chirales conçues pour la pharmacie (médicaments), la cosmétique (parfums), l'agroalimentaire (arômes)..."

Mots clefs : Synthèse et séparation de molécules chirales enantiopures. Reconnaissance chirale. Catalyse asymétrique.

English version

The Chirosciences team focuses on Chirality.

"Right or left? Like our hands, chiral molecules have two forms, reciprocal images in a mirror. This particular property has great consequences on chiral molecules developped for pharmacy (medicines), cosmetics (perfumes), food-processing (flavors)..."

Keywords: Synthesis and separation of enantiopure chiral molecules. Chiral recognition. Asymmetric catalysis.

Un mot du directeur de l'équipe / A word from the team leader

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La préoccupation centrale de l'équipe Chirosciences relève de la chiralité. Elle concerne l'obtention de molécules et d'assemblages moléculaires chiraux, les études mécanistiques et de reconnaissance chirale, les études des éléments structuraux permettant de contrôler la chiralité, la détermination des énantiosélectivités, celle des configurations absolues.

L'obtention des molécules chirales fait appel à la séparation par HPLC, à la synthèse asymétrique, à la catalyse énantiosélective par les enzymes et les systèmes non-enzymatiques (systèmes organométalliques, organiques ou biomimétiques).

La catalyse par les complexes des métaux de transition impliquant de nouveaux ligands est développée principalement dans des réactions de création de liaisons C-C, C-O et C-N répondant au principe d'économie d'atomes. L'objectif est de trouver des catalyseurs très performants en terme d'activité, de stabilité et de stéréosélectivité. La version asymétrique de ces réactions est développée en retenant un choix judicieux de ligands chiraux.

Les molécules chirales obtenues trouvent des applications en tant que ligands pour la catalyse ; "chirons" en synthèse ou pour la conception de molécules d'intérêt biologique.

La détermination des énantiosélectivités est réalisée essentiellement par HPLC chirale et par étude RMN en recherchant de nouveaux sélecteurs et sondes chiraux. Des supports chromatographiques mono- et multidimensionnels chiraux et non chiraux ainsi que leur potentialité dans les techniques d'électrochromatographie et de "microchips" sont développés.

La détermination des configurations absolues est réalisée par diffraction des rayons X mais on développe également actuellement l'utilisation du VCD (Dichroïsme Vibrationnel Circulaire).

La modélisation moléculaire est enfin un outil performant donnant accès à une meilleure compréhension des mécanismes réactionnels et de reconnaissance chirale. Associés au VCD, ils permettent l'étude des équilibres conformationnels des molécules chirales.

Notre équipe, assemblée autours des Chirosciences, possède une forte expérience tant en recherche qu'en formation, expérience acquise depuis de nombreuses années. Celle-ci s'est forgée dans les différentes spécialités qu'offre la chiralité : séparation chromatographique, synthèse asymétrique, catalyse enzymatique et non enzymatique, modélisation moléculaire. Cette thématique connaît de nos jours un développement considérable avec des retombées spectaculaires dans les domaines de la biologie (biochiralité) et des matériaux (nanochirotechnologies).

Prof. Gérard Buono

English version

The main topic developed by the "chirosciences" group is centered on chirality. More precisely, it consists in obtaining chiral molecules and molecular systems, in studying mechanisms and molecular recognition where chirality plays a central role, in identifying structural elements controlling enantiodifferenciation as well as quantifying it and attributing absolute configurations.

Obtaining chiral molecules is achieved by HPLC separation on chiral phase, by asymmetric synthesis, by enantioselective catalysis (organometallic, organic and biomimetic systems being therefore designed) and biocatalysis.

Focusing on the principle of atom economy, our group is developing catalytic C-C, C-O and C-N bond formation reactions involving transition metal complexes built from new ligands. We indeed, aim at designing catalysts displaying top levels of activity, being robust and highly stereoselective. The asymmetric versions of those reactions are of course explored by a thorough screening of appropriate newly-synthesized chiral ligands.

The chiral objects thus obtained find applications as ligands for catalysis, as chiral building blocks incorporated in multi-step organic synthesis or as biologically active agents. Enantioselectivity is mainly monitored by chiral HPLC and appropriate NMR techniques employing home-made chiral selectors and probes. Mono- and multidimensional chiral and achiral chromatographic supports are also designed by our group with an aim at applying them to electrochromatography techniques and microchip technology.

Absolute configuration assignment is routinely performed by X-ray diffraction but an emerging technique is currently catching our attention and developed in our group: vibrational circular dichroism (VCD). Molecular modelling eventually constitutes an essential tool for exploring mechanisms of reaction and of molecular recognition. Combined with VCD, it gives access to conformational equilibria of chiral objects.

Our group, gathered under the topic of "Chirosciences" has acquired throughout the years a solid experience in the fields of research and teaching. This expertise covers the different domains where chirality plays a central role such as chromatographic separation, asymmetric synthesis, enzymatic and non-enzymatic catalysis and molecular modelling. These fields have recently undergone a dramatic development yielding spectacular results in related domains such as biology and material science.

Groupes de compétences et thèmes de recherche / Competence groups and research topics

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CATALYSE ET CATALYSE ASYMÉTRIQUE : Nouveaux ligands et systèmes catalytiques et applications en catalyse asymétrique ; Molécules ciblées d'intérêt biologique ; Etude des mécanismes et de la stéréosélectivité des réactions (calcul théorique et modélisation moléculaire).
SYNTHÈSE ET SYNTHÈSE ASYMÉTRIQUE : Catalyse homogène : Synthèse de ligands organophosphorés chiraux; Synthèse de stéroïdes énantiopurs ; synthèse d'analogues de la vitamine D3.
BIOCATALYSE : Relations structure-réactivité de systèmes enzymatiques (Laccases, MonoAmine Oxydase, Lipases), Bioconversion et synthèse organique.
SÉPARATIONS CHIRALES ET ANALYTIQUE : modèles prédictifs Chirbase, Atropisomères hétérocycliques synthèses, séparation et stéréochimie dynamique ; Configurations absolues ; Méthodes de génération de synthons chiraux ; Catalyse de racémisation ; Etudes des sites de discrimination chirale ; Synthèses de sélecteurs chiraux. Détermination des configurations absolues par VCD.
MODÉLISATION ET CHIMIE THÉORIQUE : Modélisation des interactions moléculaires et des mécanismes réactionnels ; Etude des mécanismes des réactions impliquant des composés organophosphorés.

English version

CATALYSIS AND ASYMMETRIC CATALYSIS: New ligands, catalytic systems and applications in asymmetric catalysis; biologically active molecular targets; analysis of the factors influencing the stereochemical aspects of a reaction (theoretical calculations and molecular modelling).
SYNTHESIS AND ASYMMETRIC SYNTHESIS: Homogeneous catalysis: synthesis of chiral organophosphorus ligands; synthesis of enantiopure steroids; synthesis of vitamin D3 analogues.
BIOCATALYSIS: Structure-function correlations in enzymatic systems (Laccases, MonoAmine Oxydase), bioconversion and organic synthesis.
CHIRAL PREPARATIVE AND ANALYTICAL SEPARATION: predictive models Chirbase, synthesis of heterocyclic atropoisomers, dynamic resolution procedures; generation of chiral synthons; racemization and catalysis; studies of chiral discrimination; synthesis of enantiodifferentiation agents. Determination of absolute configuration by VCD.
CALCULATION AND MOLECULAR MODELLING: modelling of molecular interactions and mechanisms; Mechanism studies involving organophosphorus compounds.