Séparation des stéroïdes facilitée grâce à la cage de coordination photocommutable

Séparation des stéroïdes facilitée grâce à la cage de coordination photocommutable

Une capsule métallo-organique activée par la lumière permet la purification sélective de la progestérone à partir de structures stéroïdiennes similaires, même à des excès cinq fois supérieurs. Les chercheurs qui ont développé la capsule affirment qu’elle pourrait être modifiée pour être utilisée avec d’autres classes de composés et, à terme, constituer une alternative plus écologique aux techniques de séparation conventionnelles.

Plus d’un million de tonnes de progestérone et de stéroïdes hormonaux associés sont fabriquées chaque année dans le monde. Ces médicaments structurellement complexes, qui jouent un rôle important dans la santé reproductive féminine, sont généralement produits par semisynthèse, mais la séparation des composés produits à partir de précurseurs et de produits secondaires similaires est difficile. «C’est un procédé très bien optimisé, mais qui reste très coûteux et qui implique l’utilisation de très grands volumes de supports chromatographiques et de solvants», explique Jonathan Nitschke, chimiste supramoléculaire à l’université de Cambridge, au Royaume-Uni. « La purification chimique représente 10 à 15 % du budget énergétique mondial, donc tout ce que nous pouvons faire pour améliorer cela aura un réel impact. »

La cage métallo-organique contrôlée par la lumière comprend quatre actes de zinc et 12 groupes dizao

Les cages métallo-organiques constituent une alternative potentielle à faible consommation d’énergie et de solvant aux techniques de purification conventionnelles, reposant plutôt sur la liaison hautement sélective de molécules cibles dans une cavité auto-assemblée pour séparer les mélanges. Maintenant, Nitschke et le postdoc Amit Ghosh ont combiné cette approche de reconnaissance moléculaire avec une cage métal-organique contrôlée par la lumière, leur permettant de séparer sélectivement la progestérone des structures stéroïdes similaires dans un cycle de purification réversible et reproductible.

La cage contient douze trans-groupes diazo, coordonnés autour de quatre atomes de zinc pour former un tétraèdre avec une cavité parfaitement adaptée pour accueillir la progestérone. Lorsqu’ils sont irradiés à 350 nm, les groupes diazoïques s’isomérisent en groupes plus volumineux. cis configuration, forçant certains des atomes d’azote coordonnés à se dissocier du zinc et provoquant l’ouverture de la cage. L’irradiation à 500 nm restaure ensuite le trans configuration, reformant la cage.

Schème

Ce schéma montre comment la progestérone peut être purifiée à partir d’un mélange de stéroïdes apparentés. La progestérone est d’abord capturée dans la cage métallo-organique avant que les autres composés stéroïdiens ne soient éliminés par séparation de phases ; un déclencheur lumineux libère alors la progestérone, qui peut ensuite être extraite de la solution

Des possibilités passionnantes

L’équipe a utilisé un mélange biphasique de cyclopentane et d’acétonitrile pour extraire les différents composants à chaque étape de ce cycle. « Dans l’acétonitrile, la progestérone se lie à l’intérieur de la cavité de la cage, mais les autres stéroïdes se trouvent à l’extérieur, dans la solution. Lorsque nous ajoutons du cyclopentane, les stéroïdes libres pénètrent dans cette couche que nous pouvons décanter», explique Ghosh. « L’irradiation libère ensuite la progestérone de la cavité et nous pouvons la dissoudre dans du cyclopentane pour la séparer de la cage. » L’équipe a récupéré 73 % de la progestérone dans le mélange, séparant avec succès le composé des stéroïdes similaires mestranol, cholestérol et 7-déhydrocholestérol dans des excès jusqu’à cinq fois supérieurs.

Bien qu’encore au stade de la validation de principe, d’autres chercheurs dans le domaine estiment que ces travaux offrent déjà des possibilités passionnantes. « Conceptuellement, c’est vraiment intéressant. Je pense que cela convient mieux à la chimie fine du spectre qu’à la purification en masse, mais ces cages pourraient également avoir des applications en chimie analytique et en détection», déclare Ben Pilgrim, chimiste supramoléculaire à l’université de Nottingham, au Royaume-Uni. « Il serait intéressant de voir dans quelle mesure ce concept d’utilisation d’un photocommutateur pour dissocier les coins de la cage est généralement applicable à d’autres cages, à d’autres applications et même dans l’eau. »

L’équipe de Cambridge souhaite explorer tout le potentiel de cette méthode et espère à terme développer d’autres cages pour d’autres composés importants. «Nous aurions besoin de l’étendre considérablement à toute application industrielle et nous aimerions discuter avec les chimistes des procédés des aspects pratiques et du coût du processus», déclare Nitschke. «Nous envisageons également d’utiliser l’apprentissage automatique et le criblage à haut débit pour pouvoir prédire exactement le type de structure de cage dont vous avez besoin afin d’obtenir un substrat spécifique lié.»

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