Modélisation de molécules naturelles à potentiel antioxydant

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Le but de notre étude est d’estimer et de comparer qualitativement le caractère antioxydant de ces différents composés à partir de descripteurs calculés en mécanique quantique. Ces molécules peuvent faire l’objet de comparaisons car leurs structures sont similaires : elles présentent un fragment commun (en bleu sur l’image) qui est un groupement carbonyle et une insaturation en position alpha de ce groupement.

Il faut noter qu’il existe de nombreux mécanismes de neutralisation des radicaux libres et des espèces réactives. L’un d’eux consiste en un transfert d’hydrogène se faisant en deux étapes :

- Transfert d’électron

[pic 11]

AH désigne un antioxydant et RO. Un radical libre (un peroxyde par exemple).

- Transfert de proton :

[pic 12]

L’espèce A. formée est plus stable (souvent stabilisée par résonnance ou hyper conjugaison) et la réaction radicalaire avec cette espèce est souvent plus lente.

Le caractère antioxydant dans ce cas serait donc relié à la susceptibilité relative des électrons des couches externes à être arrachés par un radical. L’énergie et la localisation des orbitales frontières -c’est-à-dire la plus haute orbitale occupée (HOMO Highest Occupied Molecular Orbital) et la plus basse orbitale inoccupée (LUMO : Lowest Inoccupied Molecular Orbital)- donnent une indication sur la réactivité des molécules.

Dans notre étude nous nous intéresserons à l’énergie de la HOMO, et le gap HOMO-LUMO (écart d’énergie entre ces deux niveaux électroniques). Ces descripteurs renseignent sur la tendance des molécules à libérer des électrons. De plus, la visualisation des orbitales frontières permettent de donner un aperçu de l’atome (ou groupement d’atomes) impliqué dans le mécanisme de la réaction de neutralisation.

Ensuite, le calcul de propriétés comparables à leurs valeurs expérimentales a été effectué sur des molécules tests avec pour intérêt de vérifier la fiabilité des résultats.

Finalement, d’autres descripteurs pharmacologiques ont été déterminés afin de déterminer si ces composés constituent de possibles candidats à une implémentation dans l’industrie de la commercialisation de suppléments alimentaires.

II/ Outils utilisés et méthodologie

II.1 ) L’outil de travail : la Modélisation Moléculaire.

La modélisation moléculaire est un outil destiné aux chercheurs préoccupés par la structure et la réactivité des molécules.

La connaissance de la structure des édifices moléculaires permet de comprendre ce qui est réalisé dans une transformation physique, chimique ou biologique. Elle peut permettre aussi de prévoir de telles transformations. La compréhension comme la prévision sont considérablement facilitées lorsque l'on peut visualiser les structures. Une molécule est correctement décrite par sa géométrie et ses propriétés thermodynamiques. La visualisation doit rendre compte de l'ensemble de ces caractéristiques. La question essentielle est de représenter une molécule sur l'écran de la façon la plus proche possible de la "réalité". L’utilisation de l’informatique et de la chimie théorique ont permis de mettre au point un outil performant : la modélisation moléculaire.

Modéliser une molécule consiste à préciser, à partir de calculs, la position des atomes qui la constituent, dans l'espace et de calculer l'énergie de la structure ainsi engendrée. Une représentation "la plus proche possible de la réalité" correspondra à une structure de plus basse énergie. Les modèles moléculaires purement géométriques même complétés par les considérations que le meilleur chimiste peut faire sur la base de concepts "classiques" tels que la polarisation des liaisons, leur conjugaison etc. sont insuffisants. Il faut nécessairement avoir recours à des modèles plus élaborés fondés sur la Chimie théorique (méthodes quantiques) et/ou sur des analogies mécaniques et électrostatiques (méthodes de mécanique et de dynamique moléculaires).

Ces méthodes, validées par la confrontation de leurs résultats avec ceux de l'expérience, sont aujourd'hui accessibles grâce à la disponibilité de suites logicielles distribuées commercialement ou par des universités.

II.2) Les différentes modèles théoriques appliquées lors de l’étude

II.2.a) La mécanique moléculaire (MM)

La mécanique moléculaire décrit les systèmes chimiques en termes d'«atomes liés», qui ont été éloignés d'une certaine ''géométrie idéale'' en raison d’interactions de Van der Waals et de Coulomb.

L'«énergie» d'une molécule en mécanique moléculaire est décrite en termes d'une somme de contributions issues de distorsions des longueurs de liaison "idéales" («contributions d'élongation"), d'angles de liaison («contributions de déformation d'angle") et de torsion («contributions de torsion"), ainsi que des contributions dues aux interactions (Van der Waals et Coulomb) entre atome non liés. Elle est communément appelé "énergie de déformation" ou ''énergie stérique'', ce qui signifie qu'elle reflète la «déformation» inhérente à une "vraie" molécule par rapport à une «forme idéalisée». Elle est donnée par la relation

… (1)[pic 13]

L'outil de base de la mécanique moléculaire est le champ de force qui est un modèle mathématique représentant aussi bien que possible les variations de l'énergie potentielle avec la géométrie moléculaire.

Le paramétrage de ce champ de force est fait à partir des données expérimentales (RMN, RX, calculs ab initio) sur un ensemble le plus grand possible de molécules. Le choix des données expérimentales est important et le modèle obtenu en dépend étroitement. Les constantes sont ajustées pour rendre l'expression de E la plus générale possible.

Plusieurs types de champ de force existent et sont plus ou moins adaptés aux différents problèmes étudiés : MM2, MM3, MM4 (champs de force d'Allinger purement stérique spécialisés