THE S E
présentée
A L'U.E.R. DE CHIMIE DE L'UNIVERSITË DE
par
Doubou DANHO
DOCTEUR 3ème CYCLE
Spécialité: Chimie Moléculaire
SYNTHESE
ET
ETUDE
STRUCTURALE
PAR
R M N
0 U
CAR BON E -
13
DE
COMPOSES
MODELES
DE
LA
RHODOPSINE
ET
DE
LA
BACTt:RIORHODOPSINE
soutenue le 1Djuillet 1982, devant la Commission d'examen:
M. G. MARTIN
Président
M. P. ALLAIN
M. H. OUINIOU
Examinateurs
M. C. RABILLER

---

Ce. bLa..vcUi. a été e.n 6e.ctué au LaboM-toiJz.e. de. chim-te. OJtgarUque.
Phy6ique. de. l' UniveMaé de. Nan.:te;.,.
Je. voucl!to..i.A Jteme.Jtue.Jt i u MM. le.6 PJto 6e.66e.uM M. L. MARTINet
G.J. MARTI N, pOM m'avoir: ac.c.ue.i..Ui.. dQ.Y1..6 le.u.Jt la.boJta..toi..Jte., es: plu.o paJr.il-
c.u.lièJte.men.:t MOY1.6ieu.Jt MARTI N pOM m'avo.oi. 6ali: l' honneult de pJtuidvr. te j u.Jty •
Je. Jte.me.Jtc.i..e égale.men.:t M. le Pno6e.M eu.Jt P. ALLA1N et M. le. Pno-
6e.6~euJt H. QUINIOU d'avoi..Jt bien voulu jugvr. mon tnava.l...t.
Je tiel1.6 à Jteme.Jtue.Jt M.C. RABILLER, MCÛ;t;te A-M-wta.n:t à la. Fac.u.t-
té des Sue.nc.e6 de. Nan:te;."
pOM t' in:tê.JtU qu'il a poué à. ce tnavo.-U et: pO/lJt
tes nombJteux C.Onbe.i..L6 qu'il m'a donnês ,
Je Jte.me.Jtc.i..e égalemen.:t Mme V. RABIN qu.i: a bie.n voufu Jtéa.l-L6V1.
c.e:t:te thè.6e. à pa.Jt:ti..Jt du manu.o cJt.i.,t.
Me;., Jteme.Jtuemen:tJ.J vont: auss i. à. toU!.> te;., me.mbJte;., du la.boJta:toi..Jte
poun: te.wz. aide. ami.c.ale..

---

A ma Fille,
HUène., V-i.na, Cole.-t:te. VANHO

---

SOMMAIRE
INTRODUCTION
PARTIE l
ETUDE STRUCTURALE DES RETINOIDES
CHAPITRE l
1. ETUVE STRUCTURALE VES RETINALS
3
1. 1. E:ta.b.t.W.6 eme.nt du -6tAn.ctu.Jt(!L) du Lsomëne» gé.omé.:tlUquu
3
1.2. An.ai..y.6 e. du con.6oJz.ma..tioYl..6
10
1.3. CompaJta.iMn. du paJta.mèbtu
13
2.
S RETINALS
]4
CHAPITRE II
:
STRUCTURE DE LA RHODOPSINE ET DE LA BACTERIORHODOPSINE
1. PREUVES VU MOVE V'ASSOCIATION RETINAL-PROTEINE
22
2. EMPLACEMENT VU CHROMOPHORE VANS LA CHAINE PEPTIVIQUE
25
3. EVOLUTION VES PIGMENTS VISUELS SOUS L'INFLUENCE DE LA LUMIfRE
26
CONCLUSION
28
PARTIE II:
SYNTHESE ET ETUDE PAR RMN DU CARBONE-13 D'IMINES ET DE SELS
D'IMINIUM MODELES DE PIGMENTS COLORES (RHODOPSINE ET BACTE-
RIORHODOPSINE)
INTRODUCTION
29
CHAPITRE 1 : SYNTHESE DES MATIERES PREMIERES
1. SYNTHESE DES ALVEHYVES ETHYLfNIQUfS
32
1.1. Synthè6e. de. l' aedéhyde. C15 "tous: :tJta..n6" A-4
32

---

1.2. Sl:fttthue. du c.1:fc1.ohe.x.è.tte.-1 c.evtbaldéhl:fde. A-2
32
1.3. Sl:fttthue. du ominc-aei.de» et le.WL6 déJUvéJ.J
33
1.3.1. Préparation des esters
33
a) Esters éthyliques et méthyliques
33
b) Esters tertiobutyliques
33
1.3.2. Préparation des sels d'acides aminés
34
1.3.3. Caractérisation des acides aminés et dérivés par
RMN (IR et 13C)
34
CHAPITRE II
SYNTHESE DES IMINES ET SELS D1IMINIUM POLYENIQUES
1. GENERALITES
39
2. APPLICATION AUX REACTIONS VE MANNICH ENTRE COMPOSES CARBONYLES POLYE-
NIQUES ET AMINO-ACIVES ET VERIVES
40
3. ETUVE VES FACTEURS INFLUENCANT LES CONDITIONS VE REACTIONS
43
3. 1. s.ta.billié et aspea: du pltodUÜ1l AB ÔoJUnû
43
3.2. Na:tuJte du a.m[tto-ac<.du
46
3.4. In&tuenc.e de la natune. de l'anion
46
3.5. Inô-luenc.e du ~olva.nt
47
CHAPITRE III
ETUDE STRUCTURALE DES IMINES ET DES SELS D'IMINIUM POLYE-
NIQUES PAR RMN
INTRODUCTION
48
1
1. ANALYSE VES SPECTRES PROTONIQUES
49
1.1. AttJLi.bu:ti..on du pltOtoM
49
1.2. ~c.tuJte. liE au niveau de la double Li.iU./.,on C = N
53
2. ETUVE PAR RMN VU CARBONE-13
55
2.1. Etude ~bw..c;tUJLai.e du .i..mi.nu
55
2.2. Sbw..ctuJr.e du ~eh, d'Lminlum poll:féniquu ABeH+ et ABaH+
59
13
a) Analyse des spectres
C
59
b) Stéréochimie de la liaison C = ~
64

---

2.3. Comp~on enixe. tu di66éJLe.n-tJ.> éW ABaJ/, ABe.H+ et: ABa.
Con6.uunati.on de. ta é:tJuLc;tUfte. du zw.{;tteJL{.OYll.> ABa
65
CONCLUSION GENERALE
83
PARTIE EXPERIMENTALE
85
BIBLIOGRAPHIE
91

---

LISTE DES TABLEAUX *
Tableau r
Paramètres IR des rétinals (5)
Tableau II
Couplages proton-proton des isomères "tout trans" et cis-II (6)
13
Tableau III
Déplacements chimiques
C des isomères du rétinal (7)
13
Tableau IV
Déplacements chimiques
C des rétinals "tout trans" et cis-
11 (9)
Tableau V
Paramètres 13C des composés! et ~ (15)
Tableau VI
Paramètres IR des composés! et ~ (19)
Tableau VII
Maxima d'absorption UV du N-rétinylidène n-butylamine et de
ses différents sels dans les solvants CR
et CC1
(21)
30R
4
Tableau VIII
Liste des matières premières utilisées (31)
Tableau IX
Paramètres aIR des amino-acides et dérivés (36)
Tableau X
D, 1
h"
13C d
.
. d
ep acements c 1m1ques
es am1no-aC1 es et dérivés (37)
Tableau XI
Points de fusion des sels d'acides aminés (38)
Tableau XII
Conditions expérimentales utilisées pour la synthèse des sels
d'iminium A-4 B (42)
Tableau XIII
Nature des imines polyéthyléniques ABe dérivant des esters
d'acides aminés (44)
Tableau XIV
Nature des différents sels d'imin~um (a), (b) et (d) obtenus
par les méthodes de synthèse respectives l, II et III (45)
Tableau XV
Paramètres RMN protoniques d'imines dérivées des! aldéhydes
A-l, A-2, A-4 (50)
Tableau XVI
Paramètres RMN protoniques de sels d'iminium dérivés des aldé-
hydes A-l, A-4 (51)
Tableau XVII
Paramètres RMN du proton des sels d'iminium dérivés de l'aldé-
hyde A-5 (52)
Tableau XVIII
Déplacements chimiques 13C des imines A-IBe, A-2Be, A-3Be,
A-4Be et A-5Be (57)
Tableau XIX
Déplacements chimiques 13C des sels d'iminium 1SSUS de A-4 (60)

---

Tableau XX
Déplacements chimiques 13C des sels d'iminium issus de A-S (61)
Tableau XXI
Constantes de couplage I J
de quelques imines et sels d'imi-
nium polyéthyléniques
13C_H
(63)
Tableau XXII
Variations de déplacements chimiques ~éc
induites par le grou-
n
pement ester des imines polyéthyléniques-
(59)
Tableau XXIII
Influence des groupements COOH et COO
sur les déplacements
chimiques des carbones éthyléniques dans les séries A-5 BaH+
et A-S Ba (66)
Tableau XXIV
Influence de la distance cation-anion sur les déplacements
chimiques é I 3C des zwitterions A-5 Ba (67)
Tableau XXV
°
°
Var1at1ons de d'ep 1acements chi
°
1m1ques 13
d
Cuse 1 A- 4 Ba-3 (E)
en fonction de la concentration en Li+Cl0
(69)
4-
I 3
Tableau XXVI
Variations de déplacements chimiques Ô
C du sel A-4 BaH+-4 (E)
en fonction de la concentration en H+Cl0
(70)
4-
* La page correspondant à chaque tableau est notée entre parenthèses.

---

LISTE DES FIGURES *
Figure
Mesure d'effet NOE (IR à 100 MHz) sur l'imine A-4 Ba-I
Figure 2
Variations des déplacements chimiques protoniques en fonction de
la concentration en Eu(hfc)3-d
Figure 3
Spectre RMN IH (100 MHz) de l'imine A-4 Be-l (spectre A) et de
son analogue N-méthylé (spectre B)
1
Figure 4
Spectre RMN
R (100 MHz) du iodure de N-N diméthyl-iminium de
l'aldéhyde A-4
1
Figure 5
Spectre
H (250 MHz) de l'iodure de N-N diméthyl-rétinylidène
ammonium
Figure 6
Spectre RMN IH (250 MHz) des zwitterions A-5 Ba-4 (isomères Z,E)
13
+
Figure 7
Spectre~ RMN
C des composés A-4 Be-2, A-4 BeH -2, Cl
et
A-4 BaH -2, Cl-
13
+
Figure 8
Spectres RMN
C des sels A-4 BaH , CF3COO
Figure 9
Spectres RMN 13C des zwitterions A-4 Ba
13
+
Figure 10
Spectre RMN
C des sels A-5 BaH , ClO
et A-5 Ba-4 (Z,E)
4
13
+
Figure Il
Spectre RMN
C des sels A-5 BaH , X
et A-5 Ba-3
* Les figures 1 à Il sont regroupées de la page 72 à 82.

---

ERRATA
Page 37
Sur 1a 4e 1i gne , I i re
+ 1
Q
H
cr
3N-CHZ-CHZ-CHZ-COOH,
3coo-.
,
'Page 49 et page 51
1
1es
15 H des
deux méthy 1s dans
1 / iodure
1ssu de
l'aldéhyde cinnamique sont inversés.
Page 51
Il manque Clc~ et CI
sur les schémas ')... et 5 respectivement.
-t
Page 58
La s tr-uct.ur-o Je ia di-Îmine est E au nIveau des deux 1 iaÎ-
sons C = N.
.Page 69 : -1ère 1 ignc,
1 ire
:
n = 5 (A-5 Ba-3) à n
1 (A-5 Ba-4).
- 3e 1igne,
1 ire
A-4 Ba-3.
- 4e 1igne,
1 ire
n = 5.
Page 73
La 1égende (TI or-donnée a été amputée i t: ô (en pprn)
Page 78
En
légende,
1 ire
:
A-4 BaH+-
2, CF3COO- et~-(CH;)3-COO
dans les structures.

---

INTRODUCTION
On connaît l'importance des rétinoides dans le règne animal et le rè-
gne végétal. On sait par exemple que la rhodopsine est responsable du mécanisme
visuel chez les vertébrés. Celle-ci résulte de l'interaction entre le rétinal cis-
II
(l'un des isomères de la forme aldéhyde de la vitamine A) et une protéine de la
membrane rétinienne appelée opsine. L'absorption de l'énergie lumineuse par le pig-
ment visuel induit l'isomérisation du chromophore, de la configuration cis-II à
l'isomère "tout trans".
De la même manière, le rétinal "tout trans" peut s'associer avec certaines protéi-
nes de plantes et participer à d'autres processus importants du règne vivant. La
protéine, dite bactério-opsine constitue l'un des exemples les plus étudiés. On
trouve cette protéine dans des plantes vivant au fond de lacs salés, associée au
rétinal. L'ensemble, alors appelé bactériorhodopsine se comporte comme une véri-
table pompe à protons par création d'un gradient de protons dans la membrane sous
l'effet de la lumière. L'énergie lumineuse ainsi absorbée est restituée au milieu
membranaire et participe à l'élaboration.de molécules complexes comme l'ATP par
exemple.
On comprend, dans ces conditions, la nécessité de connaître la struc-
ture et les propriétés électroniques de la rhodopsine, de la bactériorhodopsine
et des isomères du rétinal. C'est ainsi que, par différentes études spectroscopi-
ques (RMN, UV, Raman, Rayons X), de nombreux auteurs ont montré que l'association
rétinal - (bactério) opsine s'effectue par l'intermédiaire d'une liaison de type
1
iminium (
C = ~
)
résultant d'une réaction de Mannich entre le groupement car-
bonyle (
C = 0) et la fonction amine ( - NH
d'une extrémité lysine de la pro-
2)
téine.
L'enchaînement complet des'amino-acides dans ces deux protéines n'est pas encore
totalement élucidé, mais il a été montré que la chaîne latérale portant le résidu
lysine se trouve à proximité du groupement carboxyle terminal.
S · d .
~
d
.
(UV
1
13 )
•
~ •
1
1verses etu es spectroscop1ques
et RMN
H et
C
ont perm1s de prec1ser
les configurations et les conformations des isomères du rétinal (cis-9, cis-13,
"tout trans" et cis-ll en particulier), on connaît relativement peu de choses
sur les comportements structuraux de leurs imines ou de leurs sels d'iminium, et

---

- 2 -
encore moins sur ceux de la rhodopsine ou de la bactériorhodopsine.
On peut noter, tout d'abord que les sels d'iminium étudiés du type:
1
1
1
2
~ ~ ~ ~+
x -
3
10
12
14
~~R 1
H
ne constituent qu'une approche assez grossière: les substituants R de l'atome
d'azote sont des groupements alkyles (propyle, butyle, ... ).
Face aux énormes difficultés posées par l'étude directe de la rhodopsine, il nous
a semblé que la compréhension des structures de ces associations très complexes
devait nécessairement passer par une phase intermédiaire : celle de la synthèse et
de l'étude structurale de composés modèles convenablement choisis, s'approchant
au mieux de la réalité. En ce sens, nous avons pensé qu'un pas de plus pouvait
être franchi en associant dans un premier temps le rétinal et les amino-acides,
et en étudiant ces nouvelles "constructions" à l'aide de la RMN du 13C• L'inté-
rêt de ces composés modèles réside dans le fait que la liaison iminium se trouve
à proximité du groupement carboxyle comme dans la rhodopsine.
Dans une première partie de ce travail, nous présenterons les données
structurales actuellement publiées sur les isomères du rétinal ainsi que celles
de leurs imines et sels d'iminium N-alkylés. Nous décrirons ensuite les structures
de la rhodopsine et de la bactériorhodopsine telles qu'elles sont connues à l'heu-
re actuelle. Dans une seconde partie, nous décrirons d'une part la synthèse des
imines et sels d'iminium de composés modèles: rétinal-amino-acides (ou leurs dé-
rivés), puis nous discuterons de leur structure à l'aide de la RMN du carbone.
Signalons enfin que ce travail constit~e un prolongement des expérien-
ces menées au laboratoire sur les sels d'iminium. Il s'inscrit par ailleurs dans
le cadre plus général d'études concernant l'activité biologique de la fonction
iminium.

---

- 3 -
PARTIE l
ETUDE STRUCTURALE
DES RETINDIDES
CHAPITRE l
1. ETUVE STRUCTURALE VES RETINALS
On connaît principalement quatre isomères des rétinals
le "tout
trans", le cis-9, le cis-13 et le cis-ll
:
2
~ 1~ 1
1
,
10
12
3
"14 ~O:
"tout trans "
cis-9
15~O
1
2
~12
3
15~ o
cis-ll
cis-13
En UV, de nombreuses études ont été consacrées aux rétinals 1-3. Les
valeurs des maxima d'absorption de chacun de ces rétinals sont rassemblées dans
le tableau suivant :

---

- 4 -
l
I I
III
IV
cis-9
385
280
247
'" 222
eis-13
364
260-310
251
N.O.
"tout trans"
368,5
260-310.
247
N.O.
cis-II
364,5
260-310
255
'" 224
N.O. : non observée
Paramètres UV des isomères du rétinal 2 en nm à la température
ambiante, solvant: méthyl-3 pentane.
1
De même, l'analyse des spectres
H 4-6 de la solution de 8-ionone et
des isomères du rétinal a permis de déterminer les paramètres IH de chacun de ces
composés et de confirmer les structures Z-E des doubles liaisons. A titre indica-
tif, nous donnons les valeurs des déplacements chimiques et des couplages dans
les tableaux l et II.
13
7
En RMN du
C, les études comparées
-9 des rétinals font apparaître
des différences notables dans les déplacements chimiques des carbones de la chaî-
ne polyénique rassemblés dans le tableau III.
1
2
~
1
~
~O
3
10
12
I~~ o
Ainsi,les carbones CIO, CIl et CI2 accusent des variations de déplacement chimique
respectives de -3,75, -l,51 et -4,18 ppm dans l'isomère cis-II par rapport à leurs
homologues du rétinal "tout trans". Ceci n'est pas une surprise dans la mesure où
cette région de la chaîne latérale allant du CIO au CI3 est fortement influencée
par la contrainte stérique dans cet isomère. Quant aux groupes méthyles du cycle,
on constate qu'ils ont pratiquement les mêmes déplacements chimiques dans tous
les isomères. On peut donc en conclure que la position moyenne du cycle de la 8-
ionone est sensiblement la même dans ces composés car un changement de l'interac-
tion stérique entre ces groupes méthyles et les protons H7 et H8 se reflèterait
1
dê 1
h i
13
1
. 1 ' 1 3 ,
î
sur
es
ep acements c ~m~ques
C. Par contre,
es u
C des methyles de la cha -
ne polyénique dépendent essentiellement de l'emplacement de la liaison cis 7.
Ainsi, le carbone C9' subit une variation de + 7,95 ppm dans le rétinal cis-9 et

---

- 5 -
I
.
9 (5)
(6)
(6)
H
cis-13 (5)
C1S-
"tout trans"
cis-II
CH -1 , l '
0,981
0,974
0,974
0,962
3
H-2,2'
1,41
l,4O
H-3,3'
1,55
l,54
H-4,4'
1,95
1,95
CH -5
1,686
l,65O
1,649
1,630
3
CH -9
1,964
l,96O
1,986
1,935
3
CH
2,272
2,089
2,294
2,322
3-13
H 7
6,307
6,305
6,319
6,308
H 8
6,752
6, 146
6,144
6,150
H 1O
6, 109
6,249
6,206
6,584
H 11
7,310
7,097
7,226
6,676
H 12
6,347
7,403
6,399
5,965
H 14
5,843
5,712
5,838
5,876
H 15
10,033
10,163
10,049
10,017
TABLEAU l -
PARAMETRES 1H DES RETINALS
en ppm/HMDS
tO = 32°C, SOLVANT
CD
•
3COCD3

---

- 6 -
J
H.H.
H.H. (en Hz)
1
J
-
1,1.,."
"tout trans rl
cis-l"1-
7 - 8
16,2
16,2
7 - 10
0,55
0,55
8 - 10
- 0,60
- 0,55
8 - 11
0, 1
0, 1
10 -
II
11,5
12,41
10 - 12
- 0,60
- 0,85
II - 12
15,0
12, 13
II - 14
0,55
0,4
12 -
14
- 0,60
0,95
14 -
15
7,94
7,87
12 - 13
0, 1
0,1
9 -
10
1,25
1, 1
13 - 14
1,25
1,25
12 - 15
0,25
0,18
TABLEAU II -
COUPLAGES PROTON-PROTON DES rSOMERES "TOUT
TRANS" ET crs-II 6

---

- 7 -
13C
cis-9
cis-13
"tout trans"
eis-ll
C-l , l '
29,0
29,0
29,0
29,0
C - 1
34,5
34,6
34,6
34,6
C - 2
39,8
40,0
40,0
39,6
C - 3
19,5
19,5
19,5
19,5
C - 4
33,3
33,4
33,4
33,3
C - 5
130,2
130,3
130,3
130,0
C - 5'
21,8
21,6
21,6
21,6
C - 6
138,4
138,1
138,2
138,1
C - 7
130,2
129,2
129,2
129,2
C - 8
130,0
137,8
137,8
138,3
C - 9
139, 1
140,8
140,5
141 , 1
C - 9'
20,5
12,6
12,5
Il,9
C - 10
129,0
130,4
130,3
126,6
C - 11
130,7
133,0
132, 1
130,9
C - 12
135,2
127,6
135,6
131,2
C - 13
153,9
153,4
153,6
154,6
C - 13'
12,4
20,5
12,5
17,4
C - 14
130,6
128,5
129,7
130,5
C - 15
190,7
189,2
190,4
190,8
TABLEAU III - DEPLACEMENTS CHIMIQUES 13C DES ISOMERES DU RETINAL 8
en ppm/TMS ; SOLVANT : DIOXANE

---

- 8 -
le carbone CI3' une variation de + 7,94 ppm dans l'isomère cis-I3 par rapport à
leurs homologues du "tout trans", alors que les déplacements chimiques du carbo-
ne CI3'pour le premier isomère cité et du carbone C9'pour le second restent pra-
tiquement inchangés.
Dans le rétinal cis-II, ces variations ne sont plus que de -0,60 et
+ 4,90 ppm pour les méthyles C9'
et CI3' respectivement. Ici l'effet y est amoin-
dri par la distance qui sépare les groupes méthyles de la liaison cis. Dans cet
isomère, le déplacement à champ fort du carbone CIO s'explique probablement pour
une grande part par l'interaction entre le méthyle-I3' et le proton HIO comme ce-
la est montré par la mesure d'effet NOE homonucléaire.
L'étude à basse température des déplacements chimiques 13C des réti-
naIs 9 fait apparaître que, excepté C6 et C7, tous les carbones de la chaîne po-
lyénique des isomères "tout trans" et cis-II se déplacent à champ faible comme
I 3
le montrent les valeurs des ô
C du tableau IV. Cette tendance est particulière-
ment nette dans l'acétone, solvant polaire. Par contre, les carbones du cycle de
la B-ionone se déplacent à champ fort quand la température diminue.
En effet, nous savons que la constante diélectrique et la polarisa-
bilité du solvant augmentent quand la température diminue. Or un accroissement
de la polarisabilité du solvant entraîne celui du groupement carbonyle du réti-
nal 10,11, avec formation d'une forme résonante dans laquelle la charge positi-
ve du carbone terminal se répartit sur tous les carbones de la chaîne polyénique
Cette délocalisation de la charge positive est responsable des déplacements à
champ faible des carbones de la chaîne latérale des isomères "tout trans" et cis-
II lorsque la température diminue. Ce phénomène est nettement plus accentué pour
les carbones C9, CIl, CI3 et CIS du rétinal "tout trans ll , ce qui implique que la
délocalisation est plus importante encore dans cet isomère à basse température.
En conclusion, nous dirons que la RMN (I H et 13C) et l'UV ont permis
d'établir les structures des isomères cis-9, cis-13, "t.out t rans " et cis-l1. Il
faut noter que l'étude par RMN d'autres isomères assez instables (en particulier
les dérivés di-cis) reste à entreprendre.

---

- 9 -
rétinal "tout trans"
rétinal c i.s-r l l
13
-
./'....
29°C
- 50°C
C
---
M
-
./'....
28°C
- 50°C
--
M
C - 1
34,82
34,70
- 0,12
34,82
34,64
- 0,18
C - 2
40,28
39,55
- 0,73
40,22
39,61
- 0,61
C - 3
19,83
19,65
- 0,18
19,83
19,59
- 0,24
C - 4
33,61
33,36
- 0,25
33,55
33,30
- 0,25
C - 5
130,56
130,38
- 0,18
130,62
130,32
- 0,30
C - 6
138,45
138,14
- 0,31
138,26·
138,20
- 0,06
C - 7
129,77
129,47
- 0,30
129,77
129,59
- 0,18
C - 8
138,26
138,57
+ 0,31
138,51
138,81
+ 0,30
C - 9
141,36
141,66
+ 0,30
141,66
142,33
+ 0,67
C - 10
130,74
131,04
+ 0,30
126,92
127,28
+ 0,36
C - 11
133,17
133,71
+ 0,54
131,59
132,44
+ 0,85
C - 12
135,84
135,90
+ 0,06
131,59
131,53
- 0,06
C - 13
155,07
156,22
+ 1,15
155,93
156,89
+ 0,96
C - 14
129,77
129,95
+ 0,18
130,62
. 131,04
+ 0,42
C - 15
191,11
192,20
+ 1,09
191,17
192,02
+ 0,85
C - 5'
21,96
22,38
+ 0,42
21,90
22,26
+ 0,36
C - 9'
12,98
12,98
+ 0,0
12,25
12,31
+ 0,06
C - 13'
12,98
12,98
+ 0,0
17,95
17,77
- 0,18
TABLEAU IV - DEPLACEMENTS CHIMIQUES 13C DES RETINALS "TOUT TRANS"
i
ET CIS-ll, en ppm/TMS ; SOLVANT: CD
9
3COCD3

---

-
10 -
Dans le but de mieux connaître la structure des isomères du rétinal,
GILARDI et coll. 12 ont entrepris une étude aux rayons X de l'isomère cis-II. Ces
auteurs montrent que cette molécule comporte trois plans
le premier contient
les atomes de la chaîne polyénique allant du carbone C7 au carbone CI2 ; le se-
cond, ceux allant du carbone CI3 à la fin de la chaîne; quant au 3ème plan, il
contient les atomes du cycle et le méthyle-5'. L'angle dièdre entre le prem1er
et le deuxième plan est de 38,7° et celui entre le premier et le troisième plan
mesure 41,4°.
I l
simples
C6 - C7 et CI2 - CI3 en solution: le s-cis et le
tre dans
la structure cristalline, la conformation au niveau des liaisons C6 - C7 et CI2 -
CI3 est s-cis.
L'analyse cristallographique du rétinal "tout trans" faite par HAMANA-
KA et coll. 14 montre que cet isomère possède essentiellement deux plans: le pre-
mier contient les atomes allant du C7 à l'oxygène terminal et le deuxième est for-
mé par les atomes du cycle. L'angle dièdre entre ces deux plans mesure 62°. La con-
formation au niveau de la liaison C6 - C7 ~st s-cis dans la structure cristalline :

---

- II -
A l'aide de la RMN du proton, PATEL 4 indique que la conformation
privilégiée autour de la liaison simple CIO - Cil dans l'isomère cis-II est très
probablement s-trans plane.
D'autres études des rétinals 9,15 font apparaître que pour ces molé-
cules, la conformation s-trans de la chaîne polyénique est la plus stable lors-
qu'aucun maillon de la chaîne n'introduit de contrainte stérique. Ainsi, dans le
rétinal cis-9, la proximité de HB et HII entraîne un accroissement de l'énergie
conformationnelle 16
,
alors que la compression stérique dans cet isomère est
beaucoup plus faible que dans le rétinal cis-II.
Dans la conformation s-trans-12 de la configuration cis-II, la ré-
pulsion à travers l'espace entre HIO et CH
indique que la contribution d'une
3-13'
4>12-13
15~o
telle conformation doit être négligeable. Le conformère s-cis-12, bien que subis-
sant l'interaction HIO - HI4 semble plus probable 16
• Les auteurs s'accordent
à considérer cette structure comme étant s-cis-12 non plane.
Il existe deux conformations planes du cycle de la a-ionone par rap-
port à la chaîne polyénique du rétinal : le s-cis et le s-trans.
2
3
Les répulsions spatiales entre les groupements méthyles du cycle et
les hydrogènes les plus proches (H7 et HB) de la chaîne polyénique accroissent
l'énergie des deux structures planes, de sorte que l'on s'attend à des distor-
sions significatives. Ainsi, l'angle ~6-7 mesuré dans la structure cristalline
du rétinal cis-II 12 est de 41,4° dans la conformation s-cis.
L'analyse des spectres RMN protoniques de la a-ionone et des rétinals

---

- 12 -
cis-II et "tout trans" a permis de déterminer les couplages à longue distance 18
Si ces constantes de couplage démontrent l'existence d'un angle 0 -
non nul, elles
6 7
ne permettent pas pour autant de distinguer la conformation s-cis de la s-trans.
On observe par contre que ces constantes de couplage augmentent avec la températu-
re, ce qU1 prouve que la forme initiale est le s-cis 18. L'orientation du cycle
par rapport au plan de la double liaison C7 - CS est connue grâce à des mesures
d'effets NOE à basse température (-50°C). En effet, l'irradiation du méthyle-S'
agit sur HS et non sur H7, et l'irradiation des méthyles -l,l'agit sur H7 et non
sur HS. Ces études ont permis en outre d'avoir une idée des conformations adoptées
par la chaîne latérale des rétinals cis-II et "tout trans" en solution 6. On mon-
tre ainsi que le rétinal cis-II se présente sous forme d'un mélange s-cis-12 et
s-trans-12 en populations identiques dans l'acétone, alors que dans le cyclohe-
xane, le conformère s-cis-12 semble prédominant 15
En UV, il est admis 19,20 que le rétinal cis-II (s-cis-12 non plan)
doit aV01r son maximum d'absorption très proche de celui de l'isomère "tout trans".
Cette hypothèse, testée par le calcul des énergies d'excitation (TI + TI*) en fonc-
tion de l'angle de torsion 0
-
indique que pour 0
-
= 40°, le. maximum d'ab-
12 13
12 13
sorption du rétinal cis-II est identique à. celui de l'isomère "tout trans". Con-
trairement au rétinal cis-II, les chaînes latérales polyéniques des analogues cis-
9 et cis-13 semblent exister sous des formes s-trans planes 5. Cette conclusion
est basée non seulement sur l'étude des déplacements chimiques, couplages à lon-
gue distance et effets NOE, mais également sur les valeurs des temps de relaxa-
tion TI en RMN du proton (I H) 5,7,8. Les résultats obtenus par SCHAFFER et coll. 2,3
en UV ainsi que l'étude des déplacements chimiques 13C 8 des rétinals cis-9 et
cis-13 apportent des arguments supplémentaires à la précédente conclusion.
L'étude en RMN du proton (I H) faite par ROWAN et coll. 6 sur les 1S0-
mères cis-II et "tout trans" montre que la chaîne polyénique du rétinal "tout
trans" a une conformation plane en solution, et que toutes les liaisons simples
de cette chaîne sont dans la conformation s-trans. Dans l'isomère cis-II, la chaî-
ne polyénique est essentiellement plane dans les régions allant du C7 au CIO,
puis du CI3 au CIS, avec une légère torsion autour de la liaison simple CIO - CIl.
De plus, dans la région CIO - CI4,.si la planéité de la chaîne polyénique de l'i-
somère "tout trans" ne fait aucun doute, il n'en va pas de même avec l'isomère cis-
II. Ainsi, on montre que l'angle dièdre HII - CIl - CIO e~t plus petit dans le cis-
II que dans le "tout trans", conséquence de la répulsion stérique qui conduit à
l'ouverture de l'angle CIO - CIl - CI2 ('ù 120° dans le "tout trans" et 126° dans
le cis-II).

---

- 13 -
L'étude des déplacements chimiques 13C et des conformations des iso-
mères du rétinal à basses températures 9 a permis de montrer d'une part que le
déplacement à champ faible des carbones C9 et CIl de l'isomère cis-II par rap-
port à leurs homologues du rétinal "tout trans" résulterait de la délocalisation
de la charge positive par un accroissement de la planéité de la chaîne polyéni-
que du cis-II lorsque la température diminue, et que d'autre part, le déplacement
à champ fort des carbones CI2 et CI3 7,8 reflèterait la mobilité conformation-
nelle autour de la liaison simple CI2 - C13. Ces observations et leurs explica-
tions seraient en accord avec les analyses UV à basses températures 1,21. En ef-
fet, SCHAFFER et coll. 2,3 ont montré que le rétinal cis-II présente une bande
"rouge" très intense à basse température (386 nm à 77 K ; 364,5 nm à 293 K) com-
me le montre le tableau suivant 2
rétinal
l
II
III
IV
eis II
385
260-310
251
N.O.
"tout trans"
386
300
254
225
N.O.
non observé.
Le déplacement et l'intensité de cette bande s'expliquerait par l'ac-
croissement du degré de délocalisation de la charge positive, consécutif à l'aug-
mentation du degré de polarisabilité. A partir des études des rétinals en RMN
(I H et 13C) 9 d'une part et de ces analyses UV 2,9 d'autre part, INDUE et coll.
l 3
ont établi une corrélation entre les ô
C (dont nous rappelons ci-dessous les
deux principaux) et la bande "rouge" observée en UV • En effet, la différence
13
cis-II
"tout trans"
t:.ô
C
C-9
142,33 ppm
141 ,66 ppm
+ 0,67
C-ll
132,44 ppm
133,71 ppm
- 1,27
d'amplitude de ces bandes dans -les isomères "tout trans" et cis-II peut être reliée
aux variations de déplacements chimiques des carbones C-9 et C-II puisqu'elles ré-
sultent de la délocalisation de la charge positive.
Ainsi, la bonne corrélation des effets observés en UV et en RMN du
carbone a permis de montrer qu'en particulier le rétinal cis-II adoptait préféren-

---

-
14 -
tiellement la conformation s-cis-12 à température ambiante et s-trans-12 à basse
température.
2. ETUDE STRUCTURALE DES IMINES ET SELS D'IMINIUM DERIVES DES RETINALS
En vue de mieux connaître les structures de la rhodopsine, des com-
posés modèles ont été préparés et étudiés par différentes techniques physiques 22,
23-26,28,29. Ces études ont été faites pour la plupart sur des imines simples obte-
nues par action d'un rétinal sur une amine primaire, et sur les sels d'iminium cor-
respondants.
Ainsi SHARMA et ROELS, à basse température 28 ont soumis de tels composés à la RMN
du proton. Ils en ont conclu que cette technique permet d'effectuer aisément la
caractérisation du sel d'iminium et donc la distinction-entre l'imine et son sel.
Le fait d'opérer à basse température a un double avantage
+/11,
=
N""opsine
1 - les imines protonées sont plus stables
2 - l'échange de proton est lent vis à vis du temps d'observation de la RMN, ce
qui permet de mesurer la constante de couplage J
• Ce couplage est en effet
a b
caractéristique de la stéréochimie Z,E de la liaison double C = N (J
trans ~
a b
17 Hz). De plus, la libre rotation autour de la liaison C = N ne serait plus
possible dans ce modèle, sauf s'il y a une délocalisation substantielle de la
charge positive vers la chaîne polyénique du chromophore.
Enfin, on observe dans les spectres à basse température de ces bases
de Schiff protonées, que les protons azométhine et a-méthylène sont couplés avec
le proton 11,. Cette observation, très caractéristique, peut être utilisée pour dé-
tecter la présence d'un groupement aldimine protoné dans les molécules organiques
simples 28
13
En RMN du
C, plusieurs études ont été consacrées aux composés mo-
dèles des pigments visuels. Ainsi, l'examen des déplacements chimiques des carbo-
nes de la chaîne polyénique du N-rétinylidène-n-butylamine (NRB) 30 montre(voir
tableau V)qu'ils sont répartis sur un intervalle de 30 ppm dans une région à

---

- 15 -
1
1
1
1"
2
~ ~ ~ ~N~ 1
10
12
14
2'
4
3
2
1
1
+AA
io ~
3
2 ~4 ""f
2'
4'
2
H
CF3COO-
13
DC
C
31
1
- IODc
"2
- IODC
-
-
C - 1t l '
29 t14
29 t09
29,08
C - 1
34 t62
34,56
34,54
C - 2
40,13
40,00
39,83
C - 3
19t 71
19,63
19t47
C - 4
33 t51
33,45
33,58
C - 5
130,09
130,08
132,06
C - 5'
21,86
21 t89
22,05
C - 6
138,23
138,13
137,80
C - 7
128,10
128,05
132 t06
C - 8
137t94
137;91
137,31
C - 9
138,31
138 t31
145,61
C - 9'
12,94
12,94
13,34
C - 10
130,39
130,37
129,01
C - 11
128,23
128,15
137 t64
1
C - 12
136t50
136,44
133,89
C - 13
144,00
144,03
162,23
C - 13'
13,14
13, 13
14,21
C - 14
130,12
130,08
120,37
C - 15
159,30
159,32
163,47
C - l '
62,24
62,25
53 t 1O
C - 2'
33 t74
33,68
31,59
C - 3'
20,92
20 t90
20,14
C - 4'
14,07
14,10
13,77
TABLEAU V -
PARAMETRES 13C DES COMPOSES! ET ~ 31, en
ppm/TMS ; SOLVANT : CD~Cl~

---

-
16 -
champ plus élevé que ceux du chromophore correspondant, le rétinal "tout trans".
Les carbones éthyléniques "impairs" sont plus déplacés que les carbones "pairs".
Cette différence de déplacements chimiques entre les carbones "pairs" et "impairs"
peut s'expliquer par une différence de densité des électrons TI, considérablement
délocalisés lorsqu'on passe du rétinal à la base de Schiff correspondante.
~-R
La protonation de l'atome d'azote du NRB examinée en RMN du carbone (et dont les
13
valeurs ô
c sont rassemblées dans le tableau V) indique que tous les carbones
"impairs" de la chaîne polyénique sont déplacés à champ faible et les carbones
"pairs" à champ fort avec une variation importante de - la ppm environ pour le
carbone C-14, comparativement à leurs homologues de l'imine NRB. Ainsi, tous les
carbones de la chaîne conjuguée sont affectés par la protonation.'
Notons que l'addition d'acide au NRB en quantité importante (dans le rapport 1:2
par exemple) est susceptible d'induire l'isomérisation anti-syn.
Dans une étude plus extensive des spectres 13c des bases de Schiff
obtenues par la condensation du rétinal "tout trans" sur la n-propylamine, SRRI-
VER et coll. 27,32 montrent d'une part que la protonation de l'atome d'azote de
la base de Schiff fait passer du conformère privilégié dans le chloroforme, le
s-cis-12 à la forme s-trans-12 par rotation autour de la liaison simple C12 -
C13. Cette conclusion est fondée sur l'analyse des déplacements chimiques et des
mesures d'effet NOE 32. D'autre part, l'étude des spectres IR
des imines en pré-
sence de complexe d'Europium - Eu(fod)3-a permis de prouver que la structure de
la liaison C = N est de la forme anti (E).
Cette tendance est confirmée par PATTARONI et coll. 31. En effet, les résultats.
obtenus par ces auteurs sur la N-rétinylidène-n butylamine (NRB) et sa forme pro-
tonée ayant le rétinal "tout trans" pour chromophore, montrent :
I - qu'il n'y a aucune libre rotation autour de la liaison aldimine de la base
de Schiff protonée au-dessous de O°C, dans le chlorure de méthylène et le
méthanol ;
2 - que le seul isomère obtenu est trans quels- que soient le solvant et la con-

---

- 17 -
centration en acide trifluoroacétique (TFA).
Cette conclusion est en contradiction avec celle obtenue par SHARMA
et coll. 28 en RMN IH et qui indique au contraire qu'à -SOcC dans CDC1
il exis-
3,
terait pour le même composé ci-dessus, un mélange de deux isomères, le cis et le
trans, au niveau de la liaison C = N.
1
13
Plus récemment, l'étude combinée de spectres
H et
C de composés
modèles de la rhodopsine 31 confirme plusieurs observations faites ces dernières
années et fournit d'importantes informations. Ainsi, il apparaît que le passage
du rétinal "tout trans" à l'imine correspondante puis à la forme protonée de cet-
. .
,
d"
1
d' 1
h i
1
13
d
te ~m~ne, a tres peu
~nfluence sur
es
ep acements c ~m~ques
H et
C
es no-
yaux du cycle de la S-ionone. Si l'on remarque que le remplacement de l'atome
d'oxygène terminal de l'aldéhyde par l'atome d'azote de la base de Schiff entraîne
un abaissement d'électronégativité, celle-ci devrait conduire à un déplacement de
la densité électronique vers la chaîne polyénique 27. De fait, les déplacements
chimiques 13C des carbones éthyléniques "impairs" sont déplacés à champ faible
et ceux des carbones "pairs" à champ fort 27,29, ce qui confirme leur corréla-
tion avec l'excès localisé des électrons n :
Enfin, cette répartition alternée des charges sur les atomes de car-
bone se retrouve également sur les déplacements chimiques I H où H7, Hii et HIS
résonnent à champ fort alors que l'on observe HB, HIO, H12 et HI4 à champ faible.
Cette corrélation entre les déplacements chimiques du proton et la densité élec-
tronique locale de l'atome de carbone auquel il est lié, mise en évidence par ail-
leurs dans les systèmes aromatiques 33, s'explique dans le cas des chaînes polyé-
niques conjuguées par une polarisation électrostatique de la liaison cr C-H.
Par suite de la protonation de la base de Schiff, les carbones éthylé-
niques ont un comportement semblable mais plus accentué par rapport à leurs homo-
logues de l'imine. Ainsi, les carbones "pairs" sont déplacés à champ fort avec
une variation très forte pour le C14 (~ 10 ppm), alors que ceux des _carbones "im-
pairs" sont très déplacés à champ faible, avec une variation plus importante pour
le C13. Ce phénomène a été attribué 29 à la délocalisation de la charge positive

---

- 18 -
portée par l'atome d'azote sur la chaîne polyénique et s'expliquerait par l'exis-
tence de plusieurs formes limites de résonance 34
L'analyse des spectres IH (voir tableau VI) montre que, excepté HIS.
tous les protons sont déplacés à champ faible. On peut y voir là aussi l'effet de
la délocalisation de la charge positive de l'imine protonée puisque les protons
Hl et HII sont beaucoup plus déplacés que H8. HIO et H12. Le déplacement chimique
du proton HI5 apparaît, par contre peu affecté par la protonation et semble dé-
pendre fortement du solvant. SHARMA et coll. 28 expliquent ce comportement par le
fait que le déplacement à champ faible induit par la charge positive résiduelle
de l'atome d'azote est équilibré par la décroissance du caractère double de la
liaison C = N.
En UV. l'étude du N-rétinylidène-n-butylamine (NRB) et d'une série
de sels correspondants 29 donne des bandes dont les maxima d'absorption vont de
365 nm à 460 nm. (voir tableau VII) avec en particulier l'apparition d'une bande
nouvelle à 440 nm dans le sel d'iminium NRB, HI dont l'absorbance croît en fonc-
tion de la concentration du sel. Cette bande a été attribuée à la base de Schiff
protonée 35-37. n'une part, l'apparition simultanée de ces deux bandes à 365 et
à 440 nm indique l'existence d'un équilibre entre l'imine NRB et son sel d'imi-
•
+
n1um NRB.H
:
+
+
NRB.H ~ NRB + H
n'autre part, les mesures faites sur ces spectres UV montrent que la position du
maximum d'absorption de la base de Schiff protonée dépend de l'anion du sel d'imi-
nium et du solvant utilisés. Ainsi dans le CC1
par exemple. le maximum d'absor-
4
ption du sel d'iminium se déplace vers les grandes longueurs d'onde quand la tail-
le de l'anion augmente, comme le montre le tableau VII.
Il est bien établi que le maximum d'absorption fait apparaître une
bande hypsochrome (ou bande "bleue") déplacée de 20 nm environ quand on passe du
rétinal "tout trans" à l'imine N-rétinylidène-n-butylamine (NRB), alors qu'on ob-
serve une bande bathochrome intense (ou bande "rouge") déplacée de 80 nm par sui-
te de la protonation du NRB. Ces phénomènes s'expliqueraient par le fait que les
électrons TI des carbones éthyléniques conjugués sont délocalisés par rupture des
liaisons alternées 38. Par contre SCHAFFER et coll. 2 ont montré sur la base de
la spectroscopie du rétinal "tout transIt et du NRB, qu'il n'y aurait aucune rup-
ture de ces liaisons alternées 2, ce qU1 est confirmé par les études aux rayons X14

---

- 19 -
1
1
1
1'~'
2
~ ""-'::: ""-':::
~N~,
3
10
12
14
2'
4
1 .
1
1
+ l'
3'
2
~ ~ ~ ~N~,
3
10 . ~ 2
14
1
2'
4
H
CF.COO-
3
1
2
-
-
IH
CDC1
CD
CD
- 61°C
3
2C1 2
2C1 2
,
25°C
- 61 Oc
(a)
(b)
2H - C2
1,47
1,46
1,47
1,47
2H - C3
1,62
1,61
1,61
2H - C4
2,020
2,010
2,046
2,052
H - 7
6,224
6,238
6,456
6,506
H - 8
6,132
6, 151
6,230
6,247
H - 10
6,156
6,196
6,294
6,307
H - 11
6,832
6,899
7,369
7,444
H - 12
6,364
6,425
6,589
6,566
H - 14
6,200
6,161
6,862
6,545
H - 15
8,301
8,336
8,269
8,338
3H - Cl,l'
1,027
1,022
1,034
1,040
3H - C5'
1,710
1,736
1,754
1,757
3H - C9'
1,983
(
2,014
2,096
2,112
3H - C13'
2,089
2, 114
2,302
2,328
2H - Cl'
3,500
3,487
3,700
3,700
2H - C2'
1,630
1,75
1,72
2H - C3'
1,357
1,292
1,396
1,384
3H - C4'
0,934
0,919
0,961
0,950
H - N = C
14,841
I 5
12,137
-
TABLEAU VI
PARAMETRES IR DES COMPOSES! ET ~ 31, en ppm/TMS
(a)
avec 1 équiv. de TFA ;
(b)
avec 2 équiv. de TFA.

---

- 20 -
et les spectres Raman 23. L'étude UV montre d'ailleurs qu'il n'y a pas de diffé-
rences sensibles dans l'ordre des liaisons TI entre le rétinal "tout trans" et le
NRB. Cependant, quand on passe de l'imine au chlorure d'iminium correspondant, la
décroissance du degré des liaisons alternées est remarquable, et la localisation
des électrons TI du sel d'iminium est un peu plus importante que dans le rétinal
"tout trans" ou dans l'imine. Par conséquent, on peut considérer que la bande
"bleue" est due principalement à la délocalisation des électrons TI tandis que la
bande "rouge" serait surtout le résultat de l'abaissement du degré des liaisons
alternées et de la délocalisation de la charge positive portée par l'atome d'azo-
te de la base de Schiff protonée.
En comparant ces résultats aux déplacements chimiques 13C des carbones
de la chaîne polyénique conjuguée, on constate que la somme des variations de dé-
placements chimiques des carbones "impairs" - sauf le ;1 p}l:Uljl!,\\!~écutives à la pro-
tonation, reflète l'intensité de la charge positive ,~~~~ ces carbones
par ailleurs très déplacés à champ faible. 29 (voir!r~~~u ci-~~l us).
I~-!~\\~
b~~i$
En conclusion, on peut donc dire que le.,
et "rouge" ob-
servées en UV peuvent être corrélées respectivement ~~~~~~ .. e ts 13C à champ
fort des carbones "pairs" et à champ faible des carbones "impairs" obtenus dans les
, ·
• •
+
sels d ~m~n~um NRB.H •
CHROMOPHORE
SOLVANT
LM(en ppm)
À max(en nm)
NRB.HCI
*
CD
47,4
445
30D
NRB.HBr
CD
47,6
443
30D
NRB.HI
CCl
51,5
460
4
NRB.TFA
*
.l
47,4
445
CD30D
CCl
49,4
450
4
NRB.TCA
*
~ CD
48,1
445
30D
( CCl
49,2
445
4
I:l1ô = somme des variations des
13C des carbones "impairs" (sauf le C-15) de la
chaîne polyénique conjuguée par rapport à leurs homologues de l'imine NRB,
et de leurs maxima d'absorption UV 29
NRB
=
N-rétinylidène-n-butylamine
*
TFA
=
acide trifluoroacétique
TCA
=
acide trichloroacétique

---

- 21 -
Chromophore
Solvant
À max (en nm)
NRB
{CH
365
30H
CCl
366
4
445
NRB - TFA
{CH30H
CCl
450
4
445
NRB - TCA
{
CU30U
CCl
445
4
445
NRB - HCl
{ CU30U
CCl
445
4
443
NRB - HBr
{
CU30U
CCl
450
4
440
NRB - HI
{
CU30U
CCl
460
4
TABLEAU VII -
MAXIMA D'ABSORPTION UV DU N-RETINYLIDENE-N-
BUTYLAMINE ET DE SES DIFFERENTS SELS DANS
LES SOLVANTS CH
ET CCl
29
30H
4

---

- 22 -
CHAPITRE II
STRUCTURES DE LA RHODOPSINE ET DE LA BACTERIORHODOPSINE
1. PREUVES VU MOVE V'ASSOCIATION RETINAL-PROTEINE
Il est bien établi depuis quelques années que ces pigments colorés
résultent d'une association entre le rétinal et le groupement NH
terminal d'un
2
fragment lysine de la protéine 39 (opsine et bactério-opsine). Par contre la na-
ture même de cette liaison rétinal opsine a été l'objet d'une grande controverse
entre les partisans d'une association de type imine et ~eux favorables à une liai-
son de type iminium. Ce n'est que tout récemment que la structure iminium a été
prouvée à l'aide de la RMN du 13C 40. Ainsi par marquage au carbone 13 des carbo-
nes C-14 et C-15 du rétinal "tout trans", YAMAGUCHI et coll. 40 ont pu montrer
que les bactériorhodopsines obtenues avec les rétinals marqués présentent les ré-
sonances caractéristiques des sels d'iminium modèles synthétisés antérieurement.
Sur ce type de composés (voir chapitre 1 de la partie 1), différents auteurs 7,9
reportent les valeurs de déplacements chimiques 13C suivantes :
rétinal
128,99 ppm
190,66 ppm
imine (NRB)
129,55 ppm
159,37 ppm
iminium (NRB, HX)
120,14 ppm
163,65 ppm
Le spectre 13c de la bactériorhodopsine marquée en C-14 fait apparaî-
1
tre deux raies à 125 et 118 ppm, alors que celui de la bactériorhodopsine marquée
en C-15 présente deux raies à 169 et 191 ppm. Les résonances à 118 et 169 ppm sont
attribuées aux carbones C-14 et C-15 du rétinal lié sous forme iminium à la bac té-
rio-opsine en équilibre avec le'rétinal libre (raies à 125 ppm (C-14) et 191 ppm
l 3
(C-15)). L'accord entre les valeurs présentées par les ô
C des composés modèles
et ceux des bactériorhodopsines n'est pas excellent car les déplacements 13C re-
latifs à ces dernières espèces sont mesurés par' rapport à un détergent interne
(octyI B-glucoside, triton X-IOO) puis ramenés au TMS. Notons par ailleurs que la
bactériorhodopsine (13C_14) peut être dénaturée 40,41. On regénère ainsi le chro-
mophore que l'on peut extraire à l'aide de solvants organiques. Après élimination

---

- 23 -
de ceux-ci, on obtient le rétinal "tout trans" dont le spectre 13e montre que la
résonance à 118 ppm a disparu alors que le signal à 125 ppm réapparaît avec une
intensité accrue.
L'existence de la fonction iminium est également confirmée par d'au-
tres techniques spectroscopiques. En Raman 22,42, les chromophores présentent des
absorptions caractéristiques de la liaison
e
N
très proches des valeurs
observées sur les composés modèles 42 :
+
H
\\.le
N
"c = N/
.......... R
-1
-1
(en cm
)
(en cm
)
cis-13
1625
1621
"tout trans"
1620
1640-1650
En UV, la situation semble m01ns claire et il est difficile de tirer
les conclusions concernant la réalité de la liaison C = N
• Ainsi, la bactério-
rhodopsine dans sa forme adaptée à la lumière (dont le chromophore est le "tout
trans") possède un maximum d'absorption à 570 nm, alors que sa forme adaptée à
l'obscurité (le chromophore est un mélange de "tout trans" et de cis-13) absorbe
à 560 nm 43,44. La base de Schiff protonée obtenue à partir du rétinal "tout trans"
et de la n-butylamine (NRB, H+ trans) présente un maximum à 440 nID. Cette grande
différence de comportement appelée "déplacement opsine" se retrouve également en-
tre la rhodopsine (
chromophore ~
cis-ll) et l'analogue NRB, H+ cis-l1 pour
lesquels les maxima d'absorption se situent respectivement
à 500 et 440 nm 45.
La présence de ces "bandes opsine" au delà de 500 nm est attribuée à la nature
covalente de la liaison rétinal-protéine 46, alors que le"déplacement opsine" se-
rait dû au micro-environnement du chromophore, lequel peut perturber le spectre
de plusieurs façons 47,48
1 - la répartition des charges coulombiennes autour de la chaîne
polyénique 49
2 - la dispersion de l'interaction entre la chaîne polyénique et des
groupements très polarisables tels les acides aminés aromatiques 50
3 - la torsion autour d'un nombre donné de liaisons dans la chaîne
polyénique 51
•
Ces auteurs montrent que ces trois effets contribuent tout à fait à
la perturbation des spectres de pigments visuels avec prédominance du premier.

---

- 24 -
Pour expliquer ces variations, plusieurs auteurs 45,52-54 ont alors
proposé le modèle dit "de charge externe". Ainsi, concernant la bactériorhodopsi-
ne,ce modèle suppose qu'en plus de l'ion antagoniste de la base de Schiff proto-
D
née qui se situerait à environ 3 A de l'atome d'azote, il existe une seconde char-
D
ge négative au voisinage du cycle de la S-ionone, à 3,5 A environ au-dessus du
carbone C-5, comme l'indique la figure ci-dessous
~10
MODELE PROTONE DE LA BACTERIORHODOPSINE ENTOUREE DE
"CHARGES EXTERNES"
54
Cette charge peut être soit un amino-acide dipolaire dont le pôle né-
gatif serait orienté vers le cycle, soit un amino-acide tel que l'asparagine dans
sa structure tridimensionnelle dont la charge positive est assez éloignée du cycle
de la ionone 55. Ainsi, la grande variation de la bande bathochrome s'expliquerait
par les interactions électrostatiques entre le chromophore protoné et la charge ou
groupements polaires localisés sur la protéine à proximité du cycle.
En effet, il est bien prouvé sur les bases expérimentales et théori-
r
ques 56,57 que l'atome d'azote de la base de Schiff devient plus basique dans
l'état excité. Il y a alors accumulation de charges négatives au voisinage de la
liaison C = N et migration de charges positives, de la chaîne po1yénique vers le
cycle de la S-ionone. De ce fait, une charge négative près du cycle et/ou une
charge positive localisée près de l'atome d'azote pourraient produire en principe
de grandes bandes spectroscopiques"rouges".Cependant, il semble qu'une "charge ex-
terne" négative soit impliquée puisqu'une charge positive près de l'atome d'azote
entraînerait un déplacement de toutes les bandes.
Un modèle semblable est aussi proposé pour la rhodopsine 45,53. Il sup-
pose l'existence d'une charge négative au voisinage des carbones C-12 et C-14 :

---

- 25 -
11
~
~12
,
10
,
15 ~~-I
1
Ys
H
f1
o
Le modèle de la "charge externe" semble rendre compte du "déplacement
opsine" et constitue en conséquence une bonne hypothèse susceptible d'expliquer
la forte coloration des membranes pourpres 54
2. EMPLACEMENT VU CHROMOPHORE VANS LA CHAINE PEPTIVIQUE
Bien que la séquence d'acides aminés de la rhodopsine ne soit connue
qu'à 25 %-à l'heure actuelle 5,8, des suggestions sont faites quant à l'emplacement
du chromophore par rapport à la chaîne peptidique. Ainsi, certains auteurs pen-
sent qu'il s'agirait de la lysine numérotée 41 dans l'enchaînement d'amino-acides 58
Récemment, HARGRAVE et coll. 59r61 puis FINDLAY et coll. 62 ont remis en cause
cette hypothèse. En effet, grâce à des réactions de coupure sélective de la chaîne
peptidique de la rhodopsine et des marquages au tritium, ces auteurs ont montré
que le fragment lysine responsable de l'association avec le chromophore se si~uait
à proximité du groupement carboxyle terminal de la protéine. La lysine se trouve-
rait ainsi incluse dans une séquence a1any1e-1ysine en position 53 dans la chaîne.
A l'aide d'expériences analogues OESTERHELT et coll. 63 PU1S BAYLEY
et coll. 64 ont prouvé que la lysine liant le chromophore à la bactério-opsine se
situait en position 216. L'analogie entre la bactériorhodopsine et la rhodopsine
réside dans la proximité entre le groupement rétiny1e et le groupement carboxyle
terminal de la protéine. En accord avec ces auteurs, STOECKENIUS et coll. 65 mon-
trent que si la lysine 216 est bien le site principal du chromophore dans la bac-
tériorhodopsine, il existe d'autres sites possibles tels des groupements lysine
en position 172, 40 ou 41. De plus, les pourcentages de liaison avec l'un ou

---

- 26 -
l'autre de ces sites dépend de plusieurs facteurs.
En effet, les réactions de coupure de la chaîne peptidique nécessi-
tent la réduction de la liaison aldimine protonée
~N---R
Y"NHR
1
H
STOECKENIUS et coll. 65 montrent que la position du chromophore peut
varier
1 - selon que l'on a effectué la réduction en présence de lumière ou
à l'obscurité;
2 - si l'échantillon est adapté préalablement à la lumière ou à l'obs-
curité ;
3 - en fonction de la température.
Enfin, par différents traitements chimiques de la bactériorhodopsine,
WALKER et coll. 66 ont isolé un fragment de la protéine préalablement lié au ré-
tinal et de structure suivante : LYS-LYS-ASP-PRO-ASP-SER-VAL.
3. EVOLUTION DES PIGMENTS VISUELS SOUS L'INFLUENCE DE LA LUMIERE
L'acte initial de la vision consiste en l'absorption de la lumière
par le chromophore d'une molécule de pigments. Cette interaction se traduit par
l'isomérisation du rétinal cis-ll en rétinal "tout trans" 67 . On admet générale-
ment trois étapes distinctes où le chromophore est impliqué sous la conformation
s-cis-12 19. On peut alors associer la série de réactions:
hv
obscurité
rhodopsine ---....:;>~ prélumirhodopsine
>-
lurnirhodopsine
(Xmax = 498 nm)
().max = 497 nm)
aux transformations suivantes
hv
obscurité
rétinal cis-ll, s-cis-12
----::>.. rétinal trans-Il, s-cis-12
> "tout trans".
En termes énergétiques, le processus photochimique initial comporte
les étapes suivantes 68-71 :

---

- 27 -
1 - l'excitation électronique du chromophore ;
2 - les transitions sans radiation au cours desquelles l'énergie
d'excitation est canalisée vers un état particulier d'où prend
naissance et se développe la réaction chimique ou physique ;
3 - la réaction initiale elle-même, pendant laquelle 1e chromopho-
re évoluerait par échange inter et/ou intramoléculaire avec
transfert simultané d'une fraction mesurable de l'énergie
électronique d'excitation vers l'environnement de la protéine.
En effet, le modèle protoné de la rhodopsine étant prouvé 40, le
cours logique du processus primaire serait une excitation initiale vers les fai-
bles transitions dipolaires permises des électrons TI. Le mode de transfert pro-
bable consisterait ainsi en une photoexcitation suivie d'une rotation partielle
autour de la double liaison Cll-C12 du chromophore pour former la bathorhodopsine.
Il s'ensuivrait alors un déplacement de la charge positive de l'atome d'azote de
la base de Schiff protonée vers le cycle de la 8-ionone, et par suite, une casca-
de de changements conformationnels lors de réactions à l'obscurité tout au long
du cycle photochimique.
Dans une revue dévolue au
processus dynamique de la transition
visuelle 72 UHL et ABRAHAMSON ont montré que les composés modèles de la rhodop-
sine obtenus à partir du rétinal et de la propylamine peuvent exister sous les
conformations s-cis-12 ou s-trans-12 dans les formes syn ou anti de la liaison
aldimine. Ces deux conformations possibles seraient entièrement déterminées par
le micro-environnement de glycoprotéine, celui-ci pouvant par ailleurs induire
de substantielles torsions, notamment autour des liaisons simples du chromopho-
re 72
L'évolution de la bactériorhodopsine sous l'effet de la lumière 73
ferait apparaître, quant à elle, un transfert de protons directement libérés de
la membran~ pourpre, avec formation d'un intermédiaire stable dont le max~mum
d'absorption se situe à 412 nm. Dans l'obscurité des protons seraient à nouveau
prélevés pour régénérer le pigment pourpre initial. D'après ces auteurs 73, le
mécanisme du transfert de protons serait fondé sur le cycle photochimique du ré-
tinal : l'atome d'azote de la base de Schiff serait protoné dans l'obscurité
pu~s déprotoné sous l'action de la lumière, le processus se répercutant ainsi
tout au long de la chaîne polyénique du chromophore. Les changements conforma-
tionnels induits par la lumière affecteraient d'autre part la réactivité des

---

-
28 -
protons des différents groupements d'acides aminés selon leur pH local 73
Enfin, pour achever le cycle de la rhodopsine, une série d'enzymes
des cellules fibreuses et le pigment épithelium doivent reconvertir le rétinal
"tout trans" en rétinal cis-ll qui, ensuite, peut se recombiner avec l'opsine
pour régénérer la rhodopsine
61,72.
CONCLUSION
Les pigments visuels ont suscité depuis plusieurs années de très nom-
breux travaux. L'étude de
la
littérature permet de dégager les points suivants
1 - les structures des isomères du rétinal et de leurs dérivés imines
ou sels d'iminium sont maintenant bien élucidées;
2 - les structures des pigments visuels (rhodopsine et bactériorho-
dopsine) commencent à être connues, notamment en ce qui concerne
a) les configurations des chaînes polyéniques du chromophore ;
b) la nature de la liaison entre le rétinal et la protéine par
l'intermédiaire du groupement NH
de la lysine.
2
3 - la structure des protéines (opsine et bactério-opsine) n'est que
partiellement déterminée. La résolution complète de cette question
est d'une importance capitale si l'on veut mesurer plus précisé-
ment l'influence du micro-environnement sur les mouvements de la
1
chaîne polyénique.
4 - l'évolution des pigments visuels sous l'influence de la lumière,
exceptées les lsom~rT~~tions~~!s~tra~s~de la chaîne polyénique,
reste encore assez mal déterminée. L'élucidation de ces mécanis-
mes très complexes suppose sans aucun doute une meilleure connais-
sance de la structure de ces pigments et des degrés de liberté de
la chaîne polyénique.

---

- 29 -
PARTIE II
SYNTHESE ET ETUDE PAR RMN DU CARBONE-13 D'IMINES ET DE SELS
D'IMINIUM MODELES DE PIGMENTS COLORES
(RHODOPSINE ET BACTERIORHODOPSINE)
1NTRODUCTION
Dans la première partie de ce travail, nous avons montré que la
rhodopsine et la bactériorhodopsine résultaient d'une association entre le ré-
tinal et une protéine par l'intermédiaire d'une liaison iminium entre le grou-
pement carbonyle du premier et le groupement NH
d'un fragment lysine de la se-
2
conde 39. La structure de la chaîne polyénique de ces pigments a été étudiée
notamment par UV 43-46 mais il faut noter que les absorptions observées sont
difficilement conciliables avec les valeurs mesurées pour les composés modèles
simples de type :
11
1
1
2
~
't ~ ~~-CH
3
10
~
,X
3 '1
L'attribution même de ces bandes d'absorption est discutable.
Une démarche similaire a été entreprise à l'aide de la RMN du car-
bone-13. Dans ce domaine, différents auteurs ont pu mesurer les valeurs des dé-
placements chimiques 13C des carbones de la chaîne polyénique de ces modèles sim-
ples 27,30-32. Parallèlement à ces travaux, et grâce à des expériences d'enri-
h ·
~l
of
13
b
C 14
C 15
d'
40
c ~ssement se ect~
en
C des car ones
-
et
-
,
autres auteurs
ont
13
montré que les spectres
C de la rhodopsine et de la bactériorhodopsine pré-
sentaient les résonances caractéristiques des modèles simples. Cependant, il est
13
à noter qu'on ne peut pour le moment obtenir le spectre
C complet de la chaîne

---

- 30 -
polyénique de ces pigments (à moins d'un marquage de tous les carbones du chro-
mophore) car ils sont masqués par les nombreux carbones aromatiques de la pro-
téine.
Compte tenu de ce que l'on connaît de la structure de ces pigments
ainsi que de la localisation du chromophore sur la protéine, la synthèse et
l'étude structurale de modèles associant le rétinal aux amino-acides sont sus-
ceptibles d'apporter quelques précisions supplémentaires. En outre, de tels mo-
dèles sont des composés originaux et sur le plan synthétique, il est intéressant
d'en étudier plus précisément le mode d'obtention.
Nous avons ainsi opposé l'aldéhyde cinnamique A-l, le cyclohexène-l
carbaldéhyde A-2, la S-ionone A-3, le [triméthyl-2,6,6" cyclohexényl]-5 m%thyl-3
pentadiène-2,4 al * A-4 et le rétinal "tout transIt A-5 aux amino-acides/Ba, aux
+
+
amino-esters Be ainsi qu'à leurs sels BaH
et BeH •
Si les aldéhydes A-l et A-3 sont commerciaux, nous avons dû par con-
tre effectuer la synthèse de A-2 et A-4. Le rétinal A-5 nous a été généreusement
fourni par AEC - RHONE-POULENC - COMMENTRY.
De même les amino-acides Ba utilisés : glycine, chlorhydrate de gly-
cinate d'éthyle, mono-chlorhydrate de lysine, proline, acides amino-4 butanoique
et amino-6 hexanoique sont commerciaux. Nous avons été amenés à synthétiser des
+
+ d
_ .
esters d'amino-acide Be ainsi que les sels BeH
et BaH
e ces composes. La l1s-
te complète des aldéhydes, amino-acides et dérivés utilisés dans ce travail se
trouve dans le tableau VIII.
* Dans tout ce qui suit, nous désignerons ce composé' sous le nom aldéhyde Cl5
"tout transIt.

---

- 31 -
R ...........C 0
AMINO-ACIDES et DERIVES
R'.........
A
R
R'
B
NOTATION
O/CH. CH
H
Ba - 1·
H
H N - CH
- COO
Et
Be -
l'
2
2
-
A-l
tBu
Be -
~
Ba - 2
H
H
( tBu
Be - 2
A-2
lH
Ba - 3
tBu
Be - 3
A-3
H
y~oo !:. Ba- 4
Be - 4
H
A-4
H
- (CH
- TH - COO Me
Be - 5
2N
2)4
NH 2
~
+
CF 3COO
BaH -1, CF 3COO
+
(
X
*
BaH -1, X
+
BaH -2, CF 3COO
+
BaH -2, X
+
BaH -3, CF
R'= H
3COO
+
BaH -3, X
A-5
+
BaH -4, CI04
+
BaH -4, X
+
BaH , Cl
* X
anion camphre suifonate-IO
TABLEAU VIn
Liste des matières premières utilisées.

---

- 32 -
CHAPITRE l
SYNTHESE DES MATIERES PREMIERES
1. SYNTHESE VES ALVEHYVES ETHYLENIQUES
1.1. SynthèAe de f'a1.déhyde
C
"tout.tJc.an6" A-4 74 :
15
Cet aldéhyde est préparé à partir de la S-ionone à l'aide de la
réaction de WITTIG-HDRNER selon le schéma suivant :
D
,(DEt)2
ODEt
~o
CH
- CDDEt
•
-----~
+
2
NaH
cis-trans
15 i.
85 i.
C()()I-1
cristallisation
- - - - - - -..
~
acide trans
fractionnée
cis-trans
alcool trans
Notons que ce type de réaction est très utilisé dans la synthèse des divers 1S0-
mères du rétinal
du fait de sa grande stéréospécificité.
t
1.2. SynthèAe du c.ycl.ohexè.ne-l c.aJl.ba1.déhyde A-2 75 :
Cet aldéhyde est préparé à partir du dibromo-I
pentane par forma-
t 5
tion du dimagnésien du dibromé
puis condensation du DMF sur celui-ci. La cycli-
t
sation du pentanedial-I
intermédiaire en cyclohexène-I carbaldéhyde est obte-
t 5
nue lors de l'hydrolyse acide du milieu réactionnel:
+ 2Mg ...
1. DMF
éther

---

- 33 -
CHO
+ 2(CH
NH + 2MgBr(OH)
3)2
~CHO
CHO
..
1.3. Synthè6 e du omino-aei.des et le.WL6 déJUvé-6
a) Esters éthyliques et méthyliques
La préparation de ces dérivés s'effectue au moyen de réactions clas-
siques. C'est le cas par exemple des esters méthyliques de lysine et de proline 76
+ SOCl
+
2
---'
- CH - COOH
---+-~ NH
- (CH ) 4 -
CH - COCI + S02
3
2
-
SoC
1
1
NH
Cl
+ NH , Cl
2
3
+ MeOH
+
---.1
')-
NH
-(CH)
- CH - COOMe + HCI
3
2 4
1+
Cl
NB
Cl
3,
on libère ensuite les fonctions NH
par déplacement de HCI à l'aide de la trié-
2
thylamine
+ 2(Et)3 N
Cette méthode a également été utilisée pour préparer le glycinate
d'éthyle à partir du chlorhydrate. Ces esters, très instables, manifestent une
grande tendance à l'auto-condensation en peptides. On ne peut les conserver
qu'en solution (dans l'éther) et à basse température (-30°C).
b) Esters tertiobutyliques :
Nous avons également été conduits à préparer les esters
tertiobu-
tyliques des amino-acides. Ces dérivés sont en effet beaucoup plus stables que
les précédents. Toutes les méthodes de synthèse de ces composés décrites dans
la littérature impliquent obligatoirement la protection du groupement NH
Parmi
2•
celles-ci, nous avons choisi ( du fait de sa simplicité) la protection par le

---

- 34 -
groupement phtalimido 77,78 suivie de la condensation de l'isobutylène sur la
fonction acide :
">
/ C H3
= C
"<, CH3
>
On libère ensuite la fonction amine à l'aide de la méthylamine 79
éther
Les sels d'amino-acides ou de leurs esters sont très facilement ob-
tenus par mélange en quantités équimoléculaires avec les acides HX (acides brom-
hydrique, iodhydrique, trifluoroacétique et camphre sulfonique-IO).
Si les méthodes permettant la synthèse de ces composés sont bien dé-
crites dans la littérature, on ne dispose par contre que d'un ensemble très
restreint de paramètres concernant leur comportement en RMN IH et surtout 13C•
Par ailleurs, certains sels, en particulier ceux de l'acide camphre sulfonique-IO

---

- 35 -
sont originaux. Nous en donnons les valeurs des déplacements chimiques IH et
13C dans les tableaux IX et X . Ces paramètres sont en outre indispensables
pour analyser complètement les structures des composés modèles que nous abor-
derons dans le chapitre III. A titre indicatif, nous donnons également leur
point de fusion dans le tableau XI .

---

- 36 -
COMPOSES
H-)
H-2
H-3
H-4
H-5
SOLVANT
)
2
3
4
H N - CH
- COO - CH
- CH
2, 1
3,3
4,0
1,3
CC1
2
2
2
3
4
-
-
-
-
H N - CH
- C001-:-
) ,5
3,2
) ,7
CDC1
2
2
3
-
-
H N - CH
- CH
- CH
- COOl 4,0
2,6
) ,6
2,2
1,4
CC1
2
2
2
2
4
-
-
-
-
+
-
H N - CH
- COOH, X
(*)
5,2
3,8
CDCl/CD
3
2
30D
-
-
+
H N - CH
- CH
- CH 2-COOH,
5, )
3,0
2,0
2,4
CDC1
..J
2
2
3/CD3OD
-
-
- -
CF 3COO
+
H N - CH
- CH
- CH -COOH
3
2
2
2
'
5,2
3, )
2,0
2,5
CDC1
-
3/CD3OD
-
-
-
-*
X
4 Ç\\
+
J-I5
-
5, )
2,2
2,2
3,3
4,3
CD
N
COOH , CI0
30D
4
H/ 'H- -
)
2
3
4 Q H 5
5,2
1,95
1,95
3,2
3,9
CD30D
N
COOH
1
H
1
( 2
3
-
4QH~
-
1:1
COOMe , Cl-
4,5
2,2
2,2
3,5
4,4
CD30D
H". 'H
Me:3,8
-1
-
TABLEAU IX
Paramètres olH des amino-acides et dérivés en ppm/TMS.
(*) X = anion camphre sulfonate-IO
a:? CH2'c.rL-

---

eo~pOSES
Ref. /pp~,
,
Solvant (V/V)
-
37
eCi
41,2
174,0
éCHOHC4B,B
- 3
+.J
2
-
H
Cf
40,2
169,9
3N-CH 2-COOH,
3COO
40,2
16B,6
é
= 77,1
CDCl
-
3
1
2
3
H
44,4
173,1
2N-ëH 2-COO-ë(CH
=
3)3
BO,3
é
77,1
CDel
eDe~
-
3
1 2 3
H
44,2
174,7
60,7
6
- 0
2N-CH 2-COO-CH 2-CH 3
eDCl
HIS -
3
1
Ci
2
H
39,3
179,6
34,6
6
2N-CH 2-eH 2-CH 2-COOH
= 77,1
CH30H-eDC~ -H
COCl
20
3
1 /
1 / 0,25
+ 1
a
2
-
-
-
H
Cf
3B,9
175,0
30,4
3N-CH
6
- 77 1
2-CH 2-COOH,
3COO
COCI -
,
CH OH - CDC~
3
-
3
1 / 1
+ 1
a
2
-
- -
H3N-~H2-CH2-~H2-~00H, X
3B,7
174,7
30,3
é
= 77,1
COCI
-
3
1
Ci
2
3
H
-cOO-ë( CH
3
41,6
172,933,0
BO,l
2N-CH2-CH2-CHZ
3)
1
a
2
-
-
H N-CH -CH -CH -CH -CH -COOH
39, 1
18L, 4
36,9
= 77,1
2
2
2
2 2 2
é
CH
OH-CDCI -H
CDel
3
3
20
-
3
. 1
/ 1 /0,25
+ 1
a
2
-
-
-
-
H3N-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-COOH, Cf
39,3
176,1
33,3
3COO
39,1
175,9
33,1
~CDCI = 77,1
-
3
r-\\~
l~../\\H
-
N
COOH
46,8
174,5
62,4
1
2
6
'" 0
THS
H
-
47,5
174,2
61,5
é CH CN '" 1,3
- 3
46,1
171,2
59,8
é
'" 0
TM5
1 ~
of-
H
J.
45,9
169,5
59,0
53,3
-
N
OOMe,
H/ 'Hz
39,2
171,6
52,0

---

- 38 -
COMPOSES Ba
POINT DE FUSION
-
+
tF3COO-
135°C
H N - CH
- COOH
3
Z
-
X
*
168°C
tF3COO-
87°C
H}~ -(CHZ)3 - COOH _
X
149°C
H N -(CHZ)S - COOH1
CF
73°C
3COO
X-
-
3
99°C
<t>~OOH 1C:~4-
145°C
15ZoC
H'" 'H
TABLEAU XI
Points de fusion des sels d'acides aminés
* -
X
anion camphre sulfonate-IO
~JJ ..
O~ CH~-

---

- 39 -
CHAPITRE II
SYNTHESE DES IMINES ET SELS D'IMINIUM POLYENIQUES
1. GENERALITES
L'obtention de sels d'iminium (type Mannich) à partir des aldéhydes
et des amines est théoriquement possible selon deux voies.
Si l'amine est primaire, on forme d'abord l'imine. Celle-ci est en-
suite protonée ou alkylée
",?O
R - C~
"H + HN- R' ~ H0 + R - C = N- R'
2
~
2
1
H
HX
R'
+/
R - C = N - R'
+
~R- C
X
N"
1
1
R"X
H
H(R")
H
On peut aussi opérer en présence d'un sel d'amine primaire ou secondaire, et
dans ce cas, la réaction conduit directement au sel :
~O
R'
R'
+/
+/
R - C~
+ H
.- H
+ R - C =
2N,
l(
20
N........
X
1
"H
H
-
X
Ces deux méthodes sont également applicables. Cependant, l'akyla-
tion des imines n'est pas toujours très aisée à réaliser, et en particulier
avec les imines polyéthyléniques, on observe fréquemment des réactions de po-
lymérisation.
On note que ces réactions sont équilibrées ; pour les rendre com-
plètes, on introduit des tamis moléculaires dans le milieu réactionnel. Les
composés obtenus, bien étudiés avec les aldéhydes aliphatiques, et surtout aro-
matiques, sont moins bien connus avec leurs homologues polyéthyléniques. La
faible stabilité des imines qui en résultent en est probablement la cause. Par
ailleurs un autre obstacle réside dans la difficulté de trouver un solvant pour
les sels d'amines. Or il est impossible d'obtenir des résultats
si on ne réus-
sit pas à dissoudre ces sels. A ce propos, -il faut noter que l'anion exerce une
influence déterminante: ainsi les chlorhydrates d'amines aliphatiques, peu so-
lubles, réagissent très difficilement, alors que les iodures et surtout les

---

- 40 -
2. APPLICATION AUX REACTIONS DE ~~NNICH ENTRE COMPOSES CARBONYLES POLYENIQUES
ET AMINO-ACIDES ET DERIVES
Nous nous sommes proposés de réaliser la construction de composés
modèles du type
+
COOR"
ABeH
+
COOH
ABaH
COO
ABa
+
par application des schémas précédents. On peut alors obtenir les sels ABeH
+
ABaH
et ABa par les voies suivantes :
B
AB
Amino-acides
Imines, sels d'iminium
R
,.
H
- (CH
- COOR"
"C = N - (CH
- COOR"
2N
2)n
~
, /
2)n
R'
Be
ABe
lEX
lEX (méthode I)
R
+
...
+
- COOR"
' C
-
H N - (CH 2)n
~
N - (CH)
- COOR",X
3
, /
1
2 n
R
X
=
RI'/
+
l RI H
"C
o +
+
BeH
méthode I l
ABeH
A
,.
+
1
lHel anhydre
R "
+
H N - (CH)
- COOH 0<'
/C = N - (CH)
- COOH, Cl
3
2 n
1
2 n
RI
H
X
+
+
BaH
1 ABaH
NaH
tEX
R
+
~
- (CH
- COO
=
2)n
4 - -
'c +
H3N
N - (CH)
- COO
, /
1
2 n
RI
H
Ba
méthode III
ABa

---

- 41 -
+
+
Etant donné le manque de solubilité des sels BaR
et BeR
dans les solvants
usuels, nous avons initialement utilisé les esters tertiobutyliques Be dont
+
les imines ABe fournissent les sels ABeR
par suite de la protonation (métho-
.
+
A
+
de 1). Nous espérions alors pouvoir effectuer les transformat10ns ABeR
~
BaR
+
par rupture de la liaison COQ- tBu en milieu acide anhydre et ABaR
---. ABa
par action de NaR par exemple. Nous avons dû abandonner cette voie car les sels
+
+
+
ABeR
sont très instables. La synthèse des sels ABeR
et ABaR
est réalisable
directement à partir de BeR+ et BaR+ si ceux-ci sont solubles dans un solvant
donné. Cette solubilité est rendue possible si on leur adjoint des ions hydro-
phobes. Ainsi l'anion trifluoroacétate ou mieux l'anion camphre sulfonate-l0
permettent la dissolution de pratiquement tous les sels d'acides aminés BeR+
et BaR+ dans le méthanol, le chloroforme ou dans le mélange méthanol/chloro-
forme. Nous donnons dans le tableau XIT les valeurs de concentrations possibles
+
+
en BeR
et BaR
dans ces solvants. A partir de ces solutions, on obtient très
aisément les sels d'iminium ABaR+ et ABeR+ par la méthode II.
Les composés ABa constituent une série originale de sels d'iminium
pour lesquels les charges négativ~ et positive se trouvent localisées au sein
de la même espèce. Ces composés peuvent être des modèles intéressants dans la
mesure où il devient possible de faire varier le nombre n de groupements CR 2
et en conséquence d'étudier les variations spectrales liées à la proximité ou
à l'éloignement du groupement cao
par rapport au système fonction iminium
chaîne polyénique.
On sait que les amino-acides Ba existent en solution sous la forme
d'un équilibre entre amino-acide libre et zwitterion
+
~ R
- (CR
- cao
3N
2)n
Ba
On peut ainsi imaginer que, une fois réalisée la dissolution de Ba dans un sol-
vant organique, la réaction avec les composés carbonylés A
doit
permettre la
synthèse des sels d'iminium zwitterions ABa. Nous avons pu effectivement réali-
ser cette opération chaque fois que pour un acide aminé Ba donné, il a été pos-
sible de trouver un solvant ou mélange de solvants adéquats. Pour certains am1-
no-acides Ba très insolubles tels que la glycine par exemple, nous n'avons pas
pu trouver les bonnes conditions. Nous avons alors envisagé de mener ces ré-
actions en transfert de phase, mais ces tentatives ont échoué. Nous donnons
néanmoins le schéma théorique de base qui a guidé notre recherche :

---

- 42 -
Nature de
Nature et quantité de solvant (m 1)
Nature et quantité de
Temps de réaction
l'amino-acide B
utilisé pour 1,2 mM de B
solvant (ml) utilisé
(heures)
-
-
pour 1 mM de ~
CDC1
CH
CH
CH
CDC1
CD
CD
3
3CN
30H
3OH/H 2O
3
30D
3CN
+
-
Ba-1
NH -CH -cao
i
i
i
i
- -
of. 3
2
_
Ba-2
NH3-(CH2)3COO
i
i
i
0,B/0,2*
1
1
- -
...
-
Ba-3
NH3(CH2)5COO
i
i
i
0,BO/0,2*
1
1
- -
...
Ba-4
N,NP l i
1
1
0,25
- -
i
1
1
0,25
COO-
+
+
BaH -1
NH
- -
3-CH 2-COOH
l:~3~0-
i
i
i
0,9/0,1*
1
0,75
l i 1
1
2
1
1
2
+
+
BaH -2
NH3(CH2)3COOH
- -
1:~t:00-
i
i
1
1
0,75
1
1
2
+
BaH -3
H}HcH
- -
2\\COOH
1Cf,co0-
i
i
1
1
0,75
- **
X
1
1
2
+
BaH -4
- -
<0~OOH
H" 'H-
-
Cl04
l i 1
1
0,25
1
1
0,25
-**
X
! 1
1
B
1
1
4
1
1
3
+
BeH -4
1
1
0,25
- -
çX'OOMe
1
H/ 'H
Cl-
TABLEAU XII:
Condi tions
expérimentales
utilisées
pour
la
synthèse
des
sels
d' iminium
A-4B
*
Pour ces solutions on est en limite de cristallisation de l'amino-acide.
**
X
=
anion camphre sulfonate-IO.
i = insoluble.

---

- 43 -
H
- CH
- COOH +
Phase
2N
2
0-:/
aqueuse
x
-------.....v--_.-"-
+
H , X
catalyseur
HX
Phase
organique
+
+
+
R
H
R
R
+/H
<,
..
+ /
,.
' C
"C
/C = N
.
+ -
= N,
~
= 0
-,
/ '
,/'
R'
CH
R'
CH
R'
2-COO
2-COOH
X
Les structures des imines et sels d'iminium préparés sont décrites
respectivement dans les tableaux TIll
& TIV. L'aldéhyde cinnamique A-] et le cy-
clohexène-] carbaldéhyde A-2 ont été utilisés essentiellement pour la mise au
point de ces réactions. L'aldéhyde C
"tout trans" A-4 par sa grande simili-
IS
tude de comportement avec le rétinal A-S nous a permis d'aborder plus effica-
+
+
cement la synthèse et l'étude structurale des rétinoides modèles ABeH , ABaH
et ABa.
3. ETUVE VES FACTEURS INFLUENCANT LES CONDITIONS VE REACTIONS
S'il est possible d'isoler et de conserver au réfrigérateur les
imines ABe, il n'en va pas de même avec les sels d'iminium correspondants. En
particulier, il est impossible de les laisser hors solution sans entraîner leur
décomposition. Il n'est donc pas question de les purifier et leur étude en RMN
s'effectue directement sur la solution de synthèse, laquelle restera intacte
environ 24 heures à -
]üoC, dans le meilleur des cas.
Les imines sont pratiquement incolores ou jaune pâle alors que les
solutions des sels d'iminium prennent une vive coloration rouge orangé
à rouge
vif très caractéristique.

---

...44 -
IMINES
R
NOTATION
H
- CH
- COOEt
A-l Be - l'
Q- I
2
C = C - C = N - R
- CH
- COOtBu
A-l Be - 1
2
1
1
-(CH ) 3 - COOtBu
A-l Be - 2
H A-l BeH
2
~CH=N-R
1
- CH
- COOEt
A-2 Be -1'
2
-(CRz)4- ~H-COOMe
A-2 Be - 5
0
.
N=CR
A-2 Be
~N-R
- CH
- COOEt
A-3 Be - l'
2
- CH
- COOtBu
A-3 Be - 1
2
A-3 Be
- CH
- COOEt
A-4 Be - l '
2
~
~
~N-R
- CH
- COOtBu
A-4 Be - 1
1
2
-(CH
- COOtBu
A-4 Be - 2
2)3
A-4 Be
I~
- CH
- COOEt
A-S Be - l '
2
~
~
~
~N-R
- CH
- COOtBu
2
A-S Be - 1
-(GH
- COOtBu
A-5
2)3
Be - 2
\\
A-5 Be
TABLEAU XIII: Nature des imines polyéthylêniques ABe dêrivant des esters
d'acides amines.

---

- 45 -
+ ......... R
==N~
, X-
R'
~
+
- CH
- COOtBu, Cl
A-4 BeH -}, Cl
(a)
2
+
-
+
RN -(CH
-
A-4 BeH -2, Cl
(a)
2)3
COOtBu, Cl
~ÇJ
+
+
Cl
A-4 BeH -4, Cl
(b)
A-5 BeH -4, Cl
(b)
COOMe
~
+
+
- CH
- COOH,
~CF~COO­
A-4 BaH -}, CF
(b)
A-5 BaH -}, CF
(b)
2
3COO
3COO
?
+
-
+
X
(*)
A-4 BaH -}, X
(b)
A-5 BaH -}, X
(b)
~
+
+
-(CH ) 3 - COOH,~CF~COO-
A-4 BaH -2, CF
(b)
A-5 BaH -2, CF
(b)
2
3COO
3COO
?
+
-
+
X
(*)
A-4 BaH -2, X
(b)
A-5 BaH -2, X
(b)
~
+
+
-(CH ) 5 - COOH,~CF~COO­
A-4 BaH -3, CF
(b)
A-5 BaH -3, CF
(b)
2
3COO
3COO
(X
+
+
-
(*)
A-4 BaH -3, X
(b)
A-5 BaH -3, X
(b)
.
+
!CIO~
+
A-4 BaH -4, CI0
(b)
A-5 BaH -4, CI0 -
(b)
4
4
+
-
+
-
X- (*)
A-4 BaH -4, X
(b)
A-5 BaH -4, X
(b)
I~
;
."'H..~, - CH - COO
A-4 Ba -
(d)
A-5 Ba - }
(d)
2
RN -(CR!)3 - COO-
A-4 Ba - 2
(d)
A-5 Ba - 2
(d)
RN
-
-(CH ) S - coo
A-4 Ba - 3
(d)
A-5 Ba - 3
(d)
2
~N;=J
A-4 Ba - 4
(d)
A-4 Ba - 4
(d )
'00-
TABLEAU XIV
Nature des différents sels d'iminium préparés (a), (b)
et (d) obtenus par les méthodes de synthèse respectives
r , II et III.
-
X = an10n camphre sulfonate-}O

---

- 46 -
3.2. Na:tu!te. du c.ompo.6 ës c.CVLbol1yféJ.>
Le cyclohexène-I carbaldéhyde A-2, l'aldéhyde C1s A-4 et le réti-
nal "tout trans" A-s présentent une réactivité semblable vis à vis des acides
aminés et dérivés. Avec la S-ionone, ces réactions sont rendues difficiles et
il est impossible de transformer complètement cette cétone en imine ou sel
d'iminium.
On observe également une m01ns boune réactivité du cinnamaldéhydé.
Avec cet aldéhyde, il est toujours nécessaire d'éliminer l'eau formée, ce qui
n'est pas le cas avec A-4 et A-S·
3.3. Na:tu!te. du amino-accde»
Malgré la grande sensibilité à l'eau des imines ABe et surtout des
+
·
se1s ABeH , on constate que la format10n des sels ABaH+ et ABa résulte de ré-
actions pratiquement totales en l'absence de tamis moléculaires. On rencontre
ce phénomène avec les aldéhydes A-4 et A-s avec lesquels il suffit d'ajouter
un léger excès de ! pour déplacer complètement l'équilibre. De plus, pour cer-
tains amino-acides, on est contraint d'ajouter un peu d'eau à la solution métha-
nolique pour les solubiliser complètement (voir tableau XII). On observe que
même dans ces conditions, la réaction peut être rendue totale. Enfin, selon la
nature de!, l'équilibre est atteint plus ou moins rapidement à température am-
biante. Ainsi, la proline et ses dérivés réagissent plus rapidement que les ana-
logues primaires linéaires.
3.4. In6lue.nc.e. de. la nat~e. de. l'anion
La taille de l'anion exerce une grande influence sur la réactivité
des sels d'amino-acide. L'examen du tableau XII indique que pour un même cation,
la vitesse de réaction avec les ions trifluoro-acétate et perchlorate est nette-
ment plus grande qu'avec l'ion camphre sulfonate-IO. Ce fait est particulièrement
net dans le cas de la proline :

---

- 47 -
Temps de réaction
Anion
Solvant
(en heures)
CnC1/CH
1/4
A4+
~OOH! C104
3OH
H" 'H
X
CnC1/CH
4
3OH
X
anion camphre su1fonate-IO
Inversement, la stabilité des sels d'iminium dotés de l'anion camphre su1fona-
te-ID est plus grande.
3.5. In6luenee du ~olvant
On observe que les solvants ionisants (méthanol, acétonitri1e) aug-
mentent la vitesse de réaction comparativement à des solvants peu polaires
(chloroforme). L'exemple suivant illustre bien cet effet:
Temps de réaction
Solvant
(en heures)
cnC1
8
3
+ A- 4
CH
4
30H/cnC13
CH
3
30H
+
BaH-4,
X

---

- 48 -
CHAP ITRE III
ETUDE STRUCTURALE DES IMINES ET DES SELS D'IMINIUM POLYENIQUES PAR RMN
INTRODUCTION
Il n'existe à l'heure actuelle que peu d'études consacrées au com-
t
de s d •
1
d '
. .
1 ~ h Lê .
(1
13 )
por ement
es 1m1nes et se s
1m1n1um po yet y en1ques en RMN
H et
C. Les
plus importantes ont été dévolues aux dérivés du rétinal, du fait de leur fonc-
tion biologique. Dans la première partie de notre travail, nous avons ainsi re-
laté les travaux d'un certain nombre d'auteurs en RMN I H 28,31 et 13C 27,30,32
sur les N-propyl et N-butyl rétinylidène amines, ou sur leurs sels d'iminium
(chlorure, trifluoroacétate). En dehors de ces composés particuliers, les don-
nées RMN concernant l'ensemble de ces polyéniques restent très fragmentaires,
surtout en RMN du 13C.
Profitant de la m1se au point des synthèses de rétinoides modèles
à l'aide d'aldéhydes plus simples (aldéhyde cinnamique, aldéhyde C
"tout trans")
I5
que le rétinal, l'analyse structurale par RMN de ces composés apporte en premier
lieu une série de données originales qui comblent une partie des lacunes dans ce
domaine. En second lieu, elle fournit des renseignements facilitant l'analyse
complète des molécules plus complexes telles que les imines ou les sels dérivant
du rétinal et des amino-acides.
1
Dans un premier temps, nous discuterons des spectres
H de quelques
unes de ces molécules et en déduirons les structures Z, E autour des liaisons
C = N ou C = N; les déplacements chimiques I H et les constantes de couplage J HH
sont rassemblés dans 1es tab.XV, XVI et XVII. Dans un deuxième temps, nous nous
intéresserons au comportement de ces composés en RMN du carbone-13. Une fois réa-
l 3
lisée l'attribution des carbones, nous discuterons des déplacements chimiques ô
C
des divers modèles les uns par rapport aux autres. Les tableaux XVIII, XIX, XX
1
1
.
d
dê 1
h i
13
d
. .
et XXI donnent
es va eurs respect1ves
es
ep acements c 1m1ques
C
es 1m1nes
+
+
1
ABe, des sels ABeH ,ABaH
et ABa, et des constantes de couplage
J 3
de ces
1 C-H
composés. Les figures
3, 4, 5, 6 et 7, 8, 9, 10, II
représentent respectivement les spectres protoniques et carbone-13 de quelques
uns de ces produits.
Enfin, de manière à pouvoir effectuer des comparaisons entre les

---

- 49 -
diverses imines ou sels polyéniques, nous avons opté pour une numérotation non
conventionnelle des protons et des carbones. La numérotation de base reprend
celle habituellement utilisée pour les dérivés du rétinal A-5
1
1
15
2
~
~
~+~
12
14
N
1
3
1
Dans tous les dérivés préparés H-15 sera donc le proton porté par
le carbone C-15 doublement lié à l'atome d'azote et ainsi de suite pour les au-
tres protons et carbones en remontant la chaîne polyénique. Ainsi, les composés
préparés à partir de A-4 seront numérotés comme suit :.
1. ANALYSE VES SPECTRES PROTONIQUES
1. 1. A:ttJUbulion du ptz.o:t.on6
1
L'analyse des spectres
H ne pose pas de problème particulier, tout
au moins en ce qui concerne les sels d'iminium dérivés des aldéhydes A-l, A-2 et
A-4. Pour les imines et sels issus du rétinal A-5, nous avons dû recourir à un
spectrographe plus puissant (CAMECA 250 MHz) du fait de la complexité du système
polyénique. En effet, la fonction iminium délocalise davantage le système n de
la chaîne polyénique que ne le fait la fonction imine. Les protons sont donc plus
fortement couplés dans le deuxième cas que dans ~e premier (voir tableaux XV, XVI
XVII).La comparaison des déplacements chimiques ôlH de la N-méthyl imine et de
l'iodure de N-N diméthyl iminium issus de l'aldéhyde cinnamique illustre bien ce
fait :
6,89
~
14
N
'r~ '-.....3,27
.
13
15
-
8,12
8,79

---

- 50 -
16,2 8,5
16
Cl 1
'
\\
~ Z~ /3,27
!
1
1
N - ·
6,71
689
-
- ' -
16,°
T
101
1 ~,L;
- ' -
206
1
1
_6,32 ~ -
_8,~ ~
.,o+-
~ ~U~/~-
1
6,03
6,13
N
~
168
92
,
TABLEAU XV: Paramètres RMN protoniques d'imines dérivées des aldéhydes A-l, A-2,
A-4 (0 en ppm/TMS et J en Hz - Solvant CDC1 3)

---

- 51 -
10,5
*
- ~~L
8,12 I~-
374
~
~+ ,,/-'-
l'0-8 ~
U
3,82
15,5
16,0
Il 6
ft.~fi
2,47
1,08
1, 11
7~
7, 13
COOH
1
1 ~07
~ ~ ~+N
6,50
6,40
""'---
1,75
1,85
**
***
16,2
1 1,6
16,3
1 1 ,5
1, 1
COOMe
1,83
3,95
**
**
TABLEAU XVI:Para~ètres RMN protoniquffide sels d'iminium dérivés des aldéhydes
A-l, A-4 (6 1
en ppm/TMS et J en Hz - Solvant: * CD
; * * CD
H
3N02
30D
** * CDCl
Température: 30°C.
3).

---

- 52 -
16,0
Il,75
14,75
Il,5
n m
2,15
2 , 4 5 n
*
6~71-1~ 1-1~6
3,71
~ ~ ~ ~ ~+/
-
6,27
6,55
6,77
6,35
N
, l
1,-;; ~ - -
\\
3,51
-...:....-
15,75
11,75
......--+-_
1,04
**
COO
1,74
4,03
' - -
15,75
1,25
**
OOC
TABLEAU XVII: Paramètres RMN du proton des sels-d'iminium dérivés de faldéhyde
A-5
(OH en ppm/TMS et J en HZ)
Solvant :
*
C0
- Température ambiante
300
* * C0300/COCl3 1 T = -10°C.

---

- 53 -
L'analyse des spectres révèle également que dans tous les cas étu-
diés, la stéréochimie des doubles liaisons C = C de la chaîne polyénique est
conservée lors du passage de l'aldéhyde à l'imine ou au sel d'iminium. Les va-
3
leurs des constantes de couplage
J
= C-H prouvent la structure trans de la
H- C
chaîne insaturée (voir tableaux
XV, XVI et XVII).
Une ambiguité subsiste quant à l'attribution des protons H-II, H-12
pour les dérivés de A-4 et de H-7, H-8 pour ceux de A-5. Différents auteurs ont
montré l'existence d'un couplage à longue distance 5J H_ H-IO 15 permettant la
7
discrimination de H-7. Les rétinoides obtenus dans cette étude présentent la
même particularité: les protons H-II et H-12 des imines ou sels issus de A-4
occupent une situation analogue à celle des hydrogènes H-7 et H-8 précédents :
H-II est ainsi couplé à longue distance avec H-14 « 0,5 Hz). Récemment, cette
attribution a été confirmée sur la N-butyl, rétinylidène amine à l'aide d'expé-
riences d'INDOR (I H) (Pattaroni).31
Par ailleurs, suite à une bonne concordance entre des mesures d'effet NOE et
des variations de déplacements chimiques sous l'influence de Terres Rares, nous
montrons que H-II est le proton situé à champ faible relativement à H-12 (voir
§ 1.2 ).
1.2. Sbtu.c..tuJte Z!E au tU.vea.u. de la double Ua.i6011 C = N
Lors de la formation des imines ABe, nous avons observé l'existence
du seul diastéréoisomère E alors que la synthèse des sels ABaH+, ABeH+ et ABa
fournit les structures Z et E. Cependant, il faut noter que l'isomère E est tou-
jours nettement plus abondant : dans· la majorité des cas, la proportion de Z
n'excède pas 10 %.
Les structures Z, E peuvent être déterminées par RMN du proton à
(
l'aide de trois méthodes:
1.
mesure des effets NOE;
2.
variations des déplacements chimiques sous l'influence d'un
complexe de Terres Rares (pour les imines)
3.
étude des constantes de couplage J
= ~ (pour les sels
HC
d'iminium).
Nous n'avons pas utilisé la troisième car l'observation de ce cou-
plage dépend de la localisation du proton sur l'atome d'azote et par conséquent

---

- 54 -
de sa vitesse d'échange, laquelle ne devient lente au regard de l'échelle de
temps de la RMN qu'à basse température (~ - 60°C). La première méthode a par
contre retenu notre attention du fait de sa fiabilité, et nous avons appliqué
une version modifiée de la seconde aux sels d'iminium. En opérant dans les con-
ditions d'observation de l'effet NOE, nous avons pu prouver la structure E des
imines et l'attribution des méthyles dans les iodures de N-N diméthyliminium
comme l'indique la figure 1 et le tableau suivant:
PROTONS
AUGMENTATION
STRUCTURE
IRRADIES
D'INTENSITE
(OH en ppm)
SUR H ( %)
A
10
19
N-CH
13
3(3,94)
N-CH
2
3(3,60)
1
N-CH
13
3(3,71)
~
o
12
N-CH3(3,51)
On sait par ailleurs que les sels de Terres Rares sont susceptibles
de complexer les centres basiques dans une molécule (0, N). Il a été montré au
laboratoire 80 que ces mêmes sels peuvent aussi se fixer sur les anions. De plus,
si les ions partenaires sont intimes (ce qui est généralement le cas pour des
concentrations supérieures à IO-2M/ l ) , l'anion complexé induit des variations de
déplacements chimiques, sur les protons du cation. Nous avons utilisé cesobser-
vations à l'analyse structurale du bromure de N-N diméthyliminium issu de A-4.

---

- 55 -
La figure
2
montre les variations de déplacements chimiques I H en fonction de
la concentration en Tris [3-{heptafluoro propylhydroxyméthylène)-d-camphorato],
Europium.
L'examen des droites obtenues indique que le méthyle E (situé à
champ faible) se déplace davantage que le méthyle Z (situé à champ fort). Les
variations relatives 6oH_15!60N_CHIE)et 6oH-14!60N-CHIZ) laissent à penser que
3
3
l'anion Br- complexé se situe à proximité de H-15 et du N-CH
confirmant
3lE\\
ainsi l'attribution Z et E des méthyles.
Les variations relatives de 6oH_12!60H_ll donnent une indication
supplémentaire pour l'attribution de ces protons: la distance du Br- complexé
à H-12 est en effet légèrement inférieure à la distance Br-, H-ll. Notons enfin
13
que l'analyse des spectres
C de ces composés corrobore les structures obtenues
1
par RMN
H.
2. ETUVE PAR RMN VU CARBONE-13
Les spectres 13C des imines polyéthyléniques présentent à champ
faible la raie caractéristique du carbone iminoyle (c-15 d'après notre nomencla-
ture).
Le tableau XVIII montre que o13
est de l'ordre de 160 à 165 ppm.
C_ 15
Cette valeur est inférieure à celle mesurée sur des imines aliphatiques 81

---

- 56 -
Ce fait n'est pas étonnant et reflète la délocalisation des élec-
trons TI sur la chaîne polyénique. L'attribution des carbones C-13 et C-14 des
imines A-1Be, A-2Be et A-3Be s'effectue sans aucune ambiguité, ce qui n'est pas
le cas avec les composés A-4Be et A-5Be. Si nous prenons l'exemple de la N-mé-
thylimine issue de A-4 (tableau XVIII)on constate que la zone des carbones éthy-
léniques comprend six raies (C-5, C-6, C-11, C-12, C-13 et C-14) situées à 128,3
130,1 ; 130,4 ; 136,9 ; 137,6 et 143,5 ppm. Par comparaison avec le spectre de
A-IBe, on élimine aisément C-13 (oC-13 ~ 143,5 ppm). Le spectre non découplé per-
met d'extraire C-5 et C-6 (oC-5
C-6 ~ 130,4 ; 137,6 ppm) et de vérifier l'at-
,
tribution de C-13. Les spectres protoniques ayant été analysés, nous avons levé
les ambiguités sur C-ll, C-12 et C-14 à l'aide d'expériences de découplage par-
tiel hétéronucléaire (off-résonance). On obtient ainsi oC-Il = 130,1 ppm,
0C-12 = 136,9 ppm et 0C-14 = 128,3 ppm.
L'analogie structurale entre A-4Be et A-5Be ainsi que la comparai-
son avec d'autres rétinylidène amines 27,31,32 permettent l'attribution des car-
bonesdans A-5Be.
Nous n'avons pas reporté dans les tableaux XVIII, XIX les valeurs
de déplacements chimiques 13C des carbones C-l, C-2, C-3, C-4 ainsi que celles
des méthyles-l' car la position de ces carbones ne varie pratiquement pas lors-
que l'on passe, d'une part de la série A-4 à la série A-5, et d'autre part
lorsqu'on remplace l'oxygène du rétinal par un atome d'azote (imines ou iminiums).
L'attribution ayant été réalisée par ailleurs 31,32, nous donnons ces déplace-
13
.r
ments u
C 'a
"
t1tre "d"
1n
·f
1cat1
:
39,0--.2
19,0
""3
4t33,0
Les déplacements chimiques 13C des méthyles-5', 9' et 13', bien que variables se-
lon la nature de la fonction terminale (C = 0, C = N, C = N) restent pratiquement
inchangés. Dans ce cas également, nous les avons positionné par comparaison avec
d'autres composés analogues.
Lorsque l'on oppose un aldéhyde à l'ester méthylique de lysine Be-5,

---

"i''&'iit''iitW'#t'rr+'''t'M#ttw''''''diiÙitlYt+f'
·''Sct'''"'·' r ft", hi~V'--"iîh%1rM"'t}""i-"&W'>':'~iET
tfC',?
.-,-'
''''W'g-'{'"' àW"1t'w+tt' 'SÛfe t""'+ 'C ''''>~'~,r''btf*bi'riH#*jp',"y*? t
j'-g' S.-ttrt iéi" n'ta""""
, -
''>
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,,:c',' ,~',••• ", f
>,-
n'f'tt
$' ct
'm' u@t""
5"" e"'tl1r~'" rf"','wm""1"'h'"N"dti!' ··(it '·"ANar.>
Imines ABe
C-7
C-B
C-9
C-10
C-ll
C-12
C-13
C-14
C-15
C-5 1
C-9'
C-13 1
N-C
C-COO
COO
-
-
-
A-1Be-1 '
142,4
12B,6
166,2
61,8
169,7
A-1 Be-2
141 ,6
128,2
163,2
60,3
32,9
172,5
(a)
140,7
12B,3
163,6
4B,0
A-2 Be-l'
139,3
138,7
167,8
61 ,6
169,8
(b)
137,7
138,1
165,6
47,8
A-3 Be-li
131,4
135,3
138,4
124,5
168,0
61,3
170,7
( c )
130,9
135,1
136,9
124,6
163,8
38,6
A-4 Be-li
130,9
136,7
145,8
128,1
163,5
21,6
12,9
62,4
170,2
·1
A-4 Be-1
130,8
136,8
145,5
128,3
163,3
21,6
12,9
63,2
169,5
I..n
.....,
A-4 Be-2
130,3
137,0
144,2
128,4
160,0
21,7
12,9
60,9
33,1
172,7
1
-
(d)
130,1
136,9
143,5
128,3
161,0
21,7
12,9
48,5
A-5 Be-li
128,7
137,5
139,0
130,0
129,0
135,7
145,8
128,1
163,4
21,8
12,9
13,1
62,6
62,6
170,3
A-5 Be-1
128,5
137,5
138,3
130,0
129,2
135,8
145,5
128,0
163,2
21,7
12,8
13,1
63,2
63,8
169,5
A-5 Be-2
128,7
137,6
137,7
130,1
129,4
136,0
144,0
127,8
159,7
21,7
12,7
12,9
60,9
33,1
172 ,4
(e)
127,7
137,6
137,8
130,1
129,5
136,1
143,6
127,9
160,8
21,8
12,8
12,9
48,6
TABLEAU XVIII
Déplacements
chimiques
13 C,
en ppm/TMS1 des imines ~e, A..:.S.!?.e, ~,
A~e et ~e j solvant: CDC1
j
à la température ambiante.
3
(a) , (b ) , (c ) , (d) , (e)
: N-méthyl-imines de A-l, A-2, A;""3 , A-4, A-5.
15
~ ~N
2crl b 11 1~
,
-(C1I2'n-COOR
11t
1 I..........-~~
~N-(CI12' -COOR
8
10
12
'Vt
n
3
5
4
A-4Be
A-S Bt'

---

- 58 -
les deux fonctions NH
réagissent et on obtient une di-imine ABe-5 dont nous
2
13
donnons ci-après la structure et les é
C :
H
60,8
72,8
165,9~,
\\163,7
rH -f.r.
.v. 1 /N-C 15 138 °
138,0:\\
d~ti/- 2 \\"H2~CH
6 '
~
J
13'
Vi~
COOM~39~
----=---------
-
'
®
--
®--
On constate que la di-imine A-2Be-5 peut ~tre divisée en deux par-
ties A et ~, chacune étant analogue des structures plus simples suivantes :
H 165,6
138, l 'I-N;c~
C -
(J;
1 14
13
~137,7
A-2 Be-1 '
13
Les valeurs des déplacements
C des deux composés ci-dessus, ex-
traites du tab. XVIII, comparées à celles de la di-imine permettent l'attribu-
tion des carbones de celle-ci.
Cette distinction entre les fragments A et B de A-2Be-5 nous amène
, .
d ' .
1
-
'-1
13
a d1scuter
e 1 1nfluence du groupement ester Sur les dep acements
C des car-
bones de la chaîne éthylénique des imines. On remarque en particulier que lors-
que la fonction ester se trouve à proximité de la chaîne insaturée, les carbones
C-13 et C-15 se déplacent à champ faible. Si on prend les N-méthyliminescomme ori-
gine, on peut établir le tableau des variations de déplacement chimique en fonc-
tion de n (nombre de carbones méthylènes séparant les groupements NH
et ester
2
de l'amino-acide)

---

- 59 -
IMINE ABe
*
n
M
"**
ppm)
M
"**
ppm)
- -
C_13(en
C_15(en
A-l Be-l
1
+ 1, 7
+ 2,6
A-I Be-2
3
+ 0,9
- 0,4
A-4 Be-I
1
+ 2,0
+ 2,3
A-4 Be-2
3
+ 0,7
- 1, °
A-5 Be-l
1
+ 1,9
+ 2,4
A-5 Be-2
3
+ 0,4
- 1, 1
TABLEAU XXII
Variations de déplacements chimiques MC
induites
-n
par le groupement ester des imines polyéthyléniques ABe
* n
nombre de groupements CH
entre les fonctions NH
2
2
et COOR de l'amino-ester.
** ~oC
= Oc
(ABe) - Oc
(N-méthylimine correspondant)
-n
-n
-n
On peut penser à priori que ces déplacements sont dus à l'effet
d'anisotropie exercé
par le groupement carbonyle de la fonction ester, mais
cela explique mal les variations observées sur C-13. En fait, ces déplacements
résultent probablement de la modification dans la répartition des charges sur
les carbones, due à une interaction dipolaire répulsive entre la fonction es-
ter et le système TI de la chaîne. Nous montrerons dans le paragraphe suivant
que cet effet existe égale~ent pour les sels d'iminium ABeH+ et ABaH+ et qu'il
est plus accentué pour les dérivés ABa.
L'attribution des raies est nettement m01ns problématique avec les
sels d'iminium qu'avec les imines. En effet, la charge positive portée par l'ato-
me d'azote est conjuguée avec le système TI polyéthylénique et on peut pratique-
. dê
1
dê l
h i
.
1 3 .
.
ment conS1 erer que
es
ep acements c 1m1ques ° C sont d1rectement fonct10n de
la charge portée par les carbones : ainsi les carbones "impairs" seront en géné-

---

TABLEAU XIX
13
Déplacements chimiques
C des sels d'iminium(T ~ -10°C),llisus de A-4.
+
(E), (Z) : isomères autour de la liaison C=N
(a)
C-5 i C-6 non attribués
(b l l c )
respectivement iodure et bromure de N-N diméthyl iminium de A-4
(d)
solvant : CDC1
-
13C mesurés/TMS
3
13
(e)
solvant : mélanges CH
(voir tableau XII) .
C
' /
mesures
30H/CDCl3
CDCl
= 77,1 ppm/TMS.
3
( f)
X- = anion camphre sulfonate-10
(g)
solvant: mélanges CH
(voir tableau ~I).
13C mesurés/
30H/H20/CDCl3
CDC1
= 77,1 ppm/TMS.
3
Les déplacements des carbones du cycle de A-4B ainsi que ceux des anions
CF
et X- restant pratiquement invariants ne sont pas donnés dans ce
3COO-
tableau (voir texte).

---

Sels d'iminium
C-5 (a 1 C-6 (al
C-11
C-12·
C-13
C-14
C-15
Me-5'
Me-l3'
N-C
c-coo
cao
-
-
(b 1 (d1
137,2
139,3
142,8
134,2
168,1
116,9
164,9
22,4
15,9
50,3 ; 42,2
-
-
(c) (dl
137,3
139,0
142,8
134,3
168,9
116,9
165,4
22,2
15,4
49,7 ; 41,5
-
-
A-4 BeH+-l, CI- (d)
137,6
137,6
141,7
134,5
166,0
120,1
168,9
22,0
14,5
51,1
51,1
165,6
A-A B'H'-1!C~3COO-
(E)
136,0
136,4
141,7
133,6
166,5
118,7
168,1
21,0
12,7
50,9
50,9
168,2
(z)
169,8
115,8
163,7
46,1
46,1
X (f)
(E)
136,0
137,4
141,2
133,6
166,0
11 9,1
168,0
21,0
13,0
50,6
50,6
168,4
(z)
169,4
116,0
164,1
46,3
46,3
A-4 BeH+-2,CI- (d)
136,7
137,1
140,9
134,5
164,1
119,9
166,3
22,0
14,4
51, a
32,2
171 ,7
A-A B'H'-'!C~3COO-
(E)
136,6
137,0
141,3
133,8
164,9
118,7
166,2
21 ,1
13,0
50,7
29,9
174,9
(z)
168,9
115,5
163,0
44,4
X (f)
(E)
136,5
138,0
141,2
133,7
165,3
119,0
166,4
21,0
12,9
50,8
30,0
175,0
(z)
168,9
115,8
163,1
44,3
A-4 Ba-2
(9 )
134,7
135,8
138,2
134,2
159,7
120,3
164,6
21,0
12,5
52,9
33,4
179,0
0"-
o
A-A B'H'-3!C~3COO-
(El
136,5
136,5
141, a
133,8
164,4
118,7
165,8
21,0
12,8
51,3
33,1
175,9
(z)
168,0
115,3
162,6
45,1
X (f)
(El
136,6
137,6
140,7
133,7
164,0
119,0
165,9
21,1
12,9
51,1
33,2
175,7
(z)
168,7
115,7
162,8
45,3
A-4 Ba-3
(9)
(E )
134,7
134,9
136,5
133,7
156,0
121,8
163,3
21,0
12,4
54,9
37,2
180,0
+
-
A-4 BeH -4,CI
(E)
136,7
140,0
143,1
133,8
168,7
118,0
163,0
21,5
13,4
50,9
67,2
168,9
(z)
116,6
162,5
56,2
62,4
169,8
-
A-' B'H'-'r~OA-
(E)
136,6
138,9
142,2
133,9
167,4
118,1
162,2
21,4
13,3
51,0
68,6
171 ,3
(z)
136,6
138,5
166,9
116,5
161,2
56,9
64,3
170,7
(e) x (f)
(E)
136,6
138,4
142,2
133,8
167,7
118,0
162,9
21,0
13,2
50,7
67,5
169,8
(z)
167,3
116,5
162,3
56,4
62,2
168,8
A-4 Ba-4 (e)
(z)
136,3
137,4
141,2
133,6
165,6
118,0
161,2
21,0
12,6
50,5
70,3
172,2
(Ë)
165,3
118,0
160,2
56,6
65,8
171 ,6
TABLEAU XIX
+
COOR
A-4BeH+
3
15
COOR
A-4BaR
~ ~~/c-(Cn-) c -1 cao A-4Ba
14
1
C(R)
~M~.1+ &,q _~ ~,,,t lU #,# st; :;;R;IJ4iWM,+"IIll\\i~I@4 ,PA
.M",_, %).Ùt Q3. MX;.0,.,( ..._,' ~
,,4
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---

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nx
Nt f
f
'
t
ir''ttrft)'ir'É't
nr
Iminiums
C-5
C-6
C-7
C-8
C-9
C-10
C-11
C-12
C-13
C-14
C-15
Me-5 1
Me-9'
Me-l3 1
N-C
C-COO
COO
-
-
-
(a) (b)
132,4
137,7
133,0
136,7
147,2
129,8
139,6
133,9
167,7
164,5
21,9
13,4
16,2
;B,"'-1 !:~,coo- (E) 131,2 137,2 131,8 136,4 145,9 129,1 138,1 132,9 166,0 118,9 167,2 21,0 12,3 13,0 50,9 50,9 168,3
(Z)
169,2
117,3
163,2
46,2
46,2
(E)
131,0
137,0
131,4
136,2
145,4
129,0
138,0
133,0
165,9
119,2
167,4
20,9
12,3
13,0
50,6
50,6
168,2
(c )
(Z)
168,9
117,7
163,5
46,0
46,0
;""-l'COO- (E) 131,1 137,1 131,6 136,4 145,5 129,0 138,0 132,8 164,6 118,7 165,3 20,8 12,2 13,0 50,6 30,0 174,5
(Z)
167,9
117,2
162,3
44,2
(E)
130,6
136,8
131,0
136,2
144,7
129,0
137,4
132,9
164,0
119,0
165,3
20,6
12,0
13,0
50,4
29,9
174,1
( c )
(Z)
167,6
162,6
i Ba-2
130,4
136,8
130,4
136,5
143,2
129,1
135,4
133,2
159,7
120,4
164,2
20,8
12,1
12,6
52,4
34,0
178,8
,B'"'-'l:~'COO- (E) 131,0 137,0 131,5 136,4 145,3 129,0 137,8 132,8 164,2 118,7 165,0 20,8 12,1 13,0 51,2 33,1 175,7
(Z)
167,7
116,3
162,0
44,9
(E)
130,8
136,6
130,3
136,6
144,2
129,0
137,1
132,6
163,4
118,9
165,2
20,6
11,9
12,6
50,6
32,8
175,4
, Ba-3
(E)
130,2
0'\\
136,8
130,2
136,6
142,4
129,1
134,2
133,6
157,3
121,8
163,2
21,0
12,2
12,3
53,0
36,3
180,3
+
-
,BeH -4,Cl.
(E)
131,4
136,7
132,1
136,8
146,8
129,5
139,7
133,5
168,3
118,0
161,7
20,9
12,2
13,3
50,7
67,1
169,0
(Z)
168,0
116,3
161,2
53,2
62,3
B'"'_4t4- (E) 131,1 136,7 131,7 136,3 146,0 129,3 138,8 133,4 166,6 118,1 161,1 20,9 12,1 13,1 50,5 68,4 171 ,2
(Z)
165,9
116,2
160,2
56,0
63,2
170,9
(E)
131,3
136,9
132,1
136,2
146,6
129,2
139,2
133,4
167,5
118,0
161,9
20,8
12,2
13,2
50,7
67,4
169,8
(c)
(Z)
167,1
116,3
161,0
56,4
62,7
168,9
Ba-4
(E)
130,9
136,7
131,5
136,3
145,5
129,1
138,1
133,1
164,9
118,2
160,5
20,8
12,1
12,9
50,4
70,2
171,4
(Z)
164,6
116,2
159,3
56,4
65,7
+
TABLEAU XX
A"""5BeH+
J
11
11~ 1~
lCOOR
~+/C-(Cn)-C-
COOH
A-SBaH
2
A-SBa
10
12
14
N
coo-
-
3
l
H (C)

---

- 62 -
raI plus déplacés que les carbones "pairs".
A l'aide de spectres enregistrés en découplage partiel (off-réso-
nance), nous avons pu constater que cette règle est vérifiée sur les deux sels
suivants :
~9
171 ,2
160,0
165,1
- - " ' "
13
51 6
1
+ /50,3
1
+~OtBu
~N/ , l-
~ ~N "
I
~o A 0
42,7
+
A-I BeH -1
Dans le cas des rétinoides de type A-5, l'alternance des carbones
"pairs" et "impairs" se poursuit jusqu'au carbone C-7. L'attribution dans ce
cas est effectuée à l'aide des spectres non découplés et par comparaison avec
des études antérieures 31,32
,
l
1 3 , .
"d
A 4
l
Lana yse des spectres
C des ret~no~ es de type
- , par
eur
similitude de comportement avec les précédents s'effectue sans difficulté (sauf
pour les carbones C-5 et c-6 qui sont toujours très proches). Les spectres
partiellement découplés prouvent en particulier la position des carbones C-II
et C-12 dans cette série.
L
.
d
1 3 . .
l
a compara~son
es spectres
C des ~m~nes et des se s correspon-
dants montre bien la grande différence de délocalisation entre ces deux classes
de composés. Ainsi, dans la première, les carbones C-14 et C-13 résonnent res-
pectivement entre 128-130 ppm et 143-146 ppm alors que dans la seconde, les mê-
mes carbones se retrouvent à 117-120 ppm et 165-169 ppm.
1
On remarque par ailleurs que les couplages
J
constituent un
13
bon critère de distinction entre imines et sels d'iminium
C-H (tableau XXI )
l
. .
1
156
58
1
3
1
pour
es ~m~nes,
J
-
~
-
1
Hz
J
-
~ 15
- 155 Hz et
J - -
~
CI 4 H
CI 5 H
N C H
134 - 136 Hz alors que pour les iminiums, ces couplages sont respectivement de
l'ordre de : 162 -
165 Hz ; 173 - 176 Hz et 144 - 145 Hz.
Une autre propriété importante de ces sels doit être mentionnée
le changement d'anion exerce une influence négligeable sur les déplacements chi-

---

- 63 -
I
I
I
1
J
J
J
COMPOSES
JI3
13CI3-H13
13C14-H14
13C15-H15
(N)-C-H
(a)
154,0
158,0
155,0
134,5
A-1 Be-2
154,0
158,5
155,0
134,5
(b)
150,0
153,0
135,0
A-2 Be-l'
155,0
155,0
136,0
(c)
156,0
152,0
133,5
(d)
154,0
155,0
137,0
A-4 Be-1
156,0
154,0
136,0
A-4 Be-1 '
156,0
155,0
136,0
+
-
A-1 BeH -1, Cl
162,0
169,0
176,0
145,0
(e)
(f)
162,0
174,0
145,0
+
-
153 (CH-N)
A-4 BeH -4, Cl
162,0
176,0
144,0(CH2N)
+
-
A-4 BaH -2, CF
165,0
173,0
144,0
3COO
149,0(CH-N)
A-4 Ba-4
163,0
171,5
144,0(CH2N)
+
A-5 BaH -4, CI0
160,0
179,0
4
1
TABLEAU XXI:Constantes de couplage
J
(en Hz)de quelques imines et sels
13C-H
d'iminium polyéthyléniques:
(a),
(b),
(c) ,
(d)
sont les imines R-C ~ N-CH
dérivant respectivement
3
des aldéhydes A-l, A-2, A-3 et A-4.
(e),
(f)
sont les iodures de N,N-diméthyliminium issus respec-
tivement des aldéhydes A-1 et A-4.

---

- 64 -
-
m1ques. En effet, des an10ns aussi différents que Cl , CI0
CF
ou carn-
4-,
3COO
h
If
10
,. d .
.
d "
l
13
d
p re su
onate-
n 1n U1sent prat1quement pas
e var1at10ns sur
es é
C
es
cations (tableaux XIX et XX ).
Ces anions eux-mêmes, lorsqu'ils possèdent un squelette carboné,
présentent des raies en position constante quel que soit le cation. Nous don-
nons les valeurs des déplacements chimiques 13C des ions trifluoroacétate et
camphre sulfonate-IO
47,1
115,5 161,2
~F3 - ~OO
216,5
IJ
= 293,5 Hz
~
13
O~
C - F
2
= 34,7 Hz
J F - COO
Signalons enfin que les isomères Z moins abondants ne se dis tin-
13
guent pas des isomères E autrement que par les é
C des carbones C-13, C-14,
C-15 et N-C.
Nous avons montré que les imines présentées dans ce travail pos-
sèdent la structure E. L'addition d'un acide HX aux imines ABe conduit aux sels
+
. .
. .
. .
+
+
ABeH
sans mod1f1er la conf1gurat10n de la 11a1son C = N. Les sels ABeH
ont donc
+
également la configuration E. Par contre, dans les sels ABaH
et ABa, on met en
évidence les deux isomères Z et E.
La comparaison des déplacements chimiques de ces deux structures
montre sans ambiguité que l'isomère E est prépondérant.
On sait que l'effet stérique y constitue un excellent critère d'at-
tribution. Des exemples de cet effet sur des imines aliphatiques sont donnés
dans le paragraphe 2.1 81. On observe que dans les sels d'iminium étudiés, les
carbones C-14 et N-C sont susceptibles de présenter ce type d'interaction si la
structure est Z :

---

- 65 -
De ce fait, les ra1es des carbones N-C et C-14 de Z doivent être
déplacées à champ fort par rapport à celles de l'isomère E. L'examen du tab.XIX
reflète parfaitement cette tendance : C-14 est déplacé à champ fort de 3 ppm
environ et N-C de 5 ppm par rapport aux homologues E.
+
+
Les dérivés de la proline Ba-4 et ou de ses sels BeR -4, BaH -4
ont l'avantage de posséder deux carbones en a de l'atome d'azote, apportant
ainsi une preuve supplémentaire des structures Z,E et des attributions corres-
pondantes
clO4--
1
Cl04-
1
. 1l.
15
l'
15
COOH
~Nu68'6
\\~D+
56,9
14
N
116,5
1 18, 1
64,
51,0
HQOC
+
+
A-4 BaR
-4 (E)
A-4 BaR
- 4 (Z)
Enfin,on remarque que dans le cas ci-dessus, C-14 subit un effet y
dans les deux isomères, ce qui explique la faible différence de déplacement chi-
m1que : ~ôC-14 = ô
- ô
~ 1,6 ppm (voir tableau XI~~).
C_14(E)
C- 14(Z)
Les N-méthyles des sels de N-N diméthyliminium ont aussi été attri-
bués par cette méthode : le N-méthyl à champ faible est en position syn par rap-
port à la chaîne latérale.
2.3. Compa.tuU.6on e.nbœ lu CÜnnVte.n:t6.6eh ABa.H+, ABe.H+ e.t ABa.. Conn-Uz.ma.tA.on
1
de. la. .6UuC/t.uJte. du zw.U.:tvUOn.6 ABa..
Dans le paragraphe 2.1, nous avons m1S en évidence l'influence de
la proximité du groupement ester sur les déplacements chimiques des carbones
éthyléniques. A partir des paramètres de trois sels dérivés d'amino-esters :
+
-
+
-
+ -
A-4BeR -1, Cl
; A-4BeR -2, Cl
et A-4BeR -4, Cl , on peut montrer que la fonc-
tion ester joue dans ces composés un rôle pratiquement identique à celui de la
+
fonction acide. Ainsi, les carbones C-13, C-14, C-15 des sels A-4BaR -l,
+
+
A-4BaR -2, A-4BaR -4
présentent des déplacements chimiques très voisins de ceux
des trois homologues des sels précédents (voir tableau
XIX
). Il est pos-
sible d'apprécier l'influence du groupement carboxyle si on dispose au préalable

---

- 66 -
d'un composé de référence.
Dans la série des sels de rétinylidène amine, PATTARONI et coll. 3 1
ont assigné les carbones du sel suivant, à -10°C dans le CD 2C12
137,6
162.2
163,5
\\ -
-
11
1 J 15/-
,~ ~ ~ ~+N~
10
12
14
129,0
t 120,4 8
145,6
133,9
-
-
Nous avons utilisé ces valeurs pour établir un tableau de varia-
tions des déplacements chimiques Ôô en fonction de la distance qui sépare COOH
ou COO
de la chaîne polyénique dans la série A-S.
x
** MC (ppm)
-p
COMPOSE X
* n
C-9
C-IO
C-II
C-12
C-13
C-14
C-15
+
A-5 BaH -1
1
+ 0,3
+ 0,1
+ 0,5
- 1
+ 3,8
- 1,5
+ 3,7
-
CF3COO
+
A-5 BaH -2
3
- 0,1
0,0
+ 0,4
- 1,1
+ 2,4
- 1,7
+ 1,8
-
CF3COO
+
A-5 BaH -3
5
- 0,3
0,0
+ 0,2
- 1,1
+ 2
- 1,7
+ I,S
-
CF3COO
+
A-5 BaH -4
1
+ 0,4
+ 0,3
+ 1,2
- 0,5
+ 4,4
-
ClO4
A-5 Ba-4
1
- 0,1
+ 0,1
+ 0,5
- 0,8
+ 2,7
A-5 Ba-2
3
- 2,4
+ 0,1
- 2,2
- 0,7
- 2,5
° + 0,7
A-5 Ba-3
S
- 3,2
+ 0,1
- 3,4
- 0,3
- 4,9
+1,4
- 0,3
TABLEAU XXIII: Influence des groupements COOH et COO
sur les déplacements
chimiques des carbones éthyléniques dans les séries A-5 BaH+
et A-S Ba.
* n
nombre de groupements CH
séparant les deux fonctions
2
de l'amino-acide.
** X
ôô c
= Ôc (X) - Ôc (référence)
-p
-p
-p

---

- 68 -
X
Nous incluons dans ce tableau les 60
des carbones 9, 10, II, 12
C-p
et 13. En effet C-13 subit de la part des carbones de l'amino-acide un effet 0,
lequel est en général très faible.
La comparaison concernant les carbones C-13 de A-S BaH+-4 (ainsi que
C-9, 10, II, 12) est donc légitime alors que pour ce même composé il est diffi-
cile d'apprécier les effets y et B sur les carbones C-14 et C-IS. L'examen des
60~_p induites par le COOH (série A-S BaH+) montre qu'ils sont nettement plus
importants que ceux observés sur les imines (§ 2.1., tableau XXII). Lorsque le
groupement carboxyle et la chaîne polyénique sont proches, l'écart entre les car-
bones "impairs" et "pairs" croît alors qu'il diminue au· fur et à mesure de l'éloi-
gnement. Dans les zwitterions ABa, l'ion carboxylate agit à la fois en tant que
fonction susceptible de provoquer une polarisation du système TI, mais également
en tant qu'anion. De ce fait, les MX
calculées pour la série A-SBa représen-
C-p
tent la somme algébrique des deux effets.
Nous avons montré précédemment que les groupements COOH et COOR in-
troduisent des variations semblables sur la chaîne polyénique. On peut se faire
une idée de l'effet de COO- (indépendamment de son rôle d'anion) par la comparai-
son tout à fait significative entre A-SBaH+-4 et A-SBa-4 : pour ces deux sels, on
mesure des valeurs de déplacements chimiques extrêmement proches (tableau XX
).
Dans A-SBa-4, le COO- est contraint de se placer à proximité du carbone C-IS. En
outre, nous savons que dans le domaine de concentrations utilisées, l'anion et
le cation des sels d'iminium coexistent sous forme de paires intimes (§ 1.2. :
effets des Terres Rares) ; i l en est probablement de même dans A-SBaH+-4. Ces
deux sels présentent des situations analogues car leurs carbones résonnent à des
champs identiques. On peut obtenir une idée assez précise de l'influence du voi-
sinage étroit ou de l'éloignement des paires d'ions dans les zwitterions ABa en
faisant varier le nombre ri des groupements CH
les séparant, comme il apparaît
2
dans le tableau ci-contre.
On constate que, comparativement à l'action du COOH sur les déplace-
ments chimiques, l'intimité de la paire d'ions exerce une influence plus impor-
tante sur la chaîne insaturée : elle se fait sentir jusque sur le carbone C-9
(et même sur le méthyle 13'), les carbones "impairs" étant davantage "touchés".
Enfin, le carbone C-13 constitue à lui seul une sonde très sensible
permettant de connaître la distance anion-cation car les déplacements induits
sont importants et sont dus essentiellement à des phénomènes électroniques in-
tervenant dans la chaîne polyénique. On observe ainsi une variation 6o
de
C_13

---

- 69 -
7,6 ppm lorsque l'on passe de n = 5 (A-5Ba-3) à n = 3 (A-5Ba-4).
Une étude similaire menée sur les iminiums dérivés de A-4
conduit
sensiblement aux mêmes résultats. L'écart ~oC-13 entre les sels A-4Ba-2
(n = 3) et A-4Ba-4 (n = 1) est même supérieur, puisqu'il atteint 9,6 ppm. Nous
avons voulu vérifier ces résultats et nous assurer en particulier que l'anion
COQ
était bien responsable des variations observées. En ce sens, nous avons pen-
sé que l'introduction d'un sel (dans les cas où anion et cation étaient séparés)
introduirait des variations de déplacements chimiques en sens inverse. Des solu-
+
tions méthanoliques ou méthanoliques/aqueuses des modèles
A-4Ba-4; A-4BaH -4,
ClO~ ; A-4BaH+-3,CF
A-4Ba-3 ont ainsi été progressivement chargées en per-
3COO-,
chlorate de lithium (Li+, CI0
Nous avons pu vérifier que pour les trois pre-
4-).
miers composés, les déplacements des carbones éthyléniques ne varient pratique-
ment pas (~ 0,2 ppm au maximum), et cela pour des quantités allant jusqu'à trois
équivalents de Li+, CI0
pour un équivalent de sel d'iminium.
4
On observe, au contraire, pour le sel A-4Ba-3 une évolution des dé-
+
placements chimiques qui tend à le rapprocher de son analogue A-4BaH -3, ~F3COO
ainsi qu'en témoigne le tableau XXV suivant:
p
°
0,5
1
1,5
2,0
3,0
~
o
+
~o13C
A-4BaH -3,
O.
of
1
-
A
,
CF
/
3COO
c-u
137,0
+ 0,6
+ 1
+ 1,5
+ 1,8
+ 2,5
139,5
141, °
C-12
133,8
- 0,5
- __ 0,8
- 1,1
- 1,3
- 1,7
132,1
132,8
C-13
156,7
+ 1,2
+ 2,3
+ 3,4
+ 4,8
+ 6',5
163,2
164,2
C-14
121,5
- 0,5
- 1
- 1,4
- 1,6
- 2,1
119,4
118,7
C-15
163,0
+ 0,4
+ 0,6
+ 0,7
+ 0,9
+ 1,2
164,2
165,8
C-N
54,9
- 0,4
- 0,8
- 1,2
- 1,5
- 2,1-
52,8
51,3
-
h i.mi
13C d
TABLEAU XXV:Variationsde déplacements c 1m1ques
u sel A-4Ba-3 (E) en
+
-
fonction de la concentration en Li CI0 4
o. =
en l'absence de sel
1
o =
après addition de 3 équivalents de sel
f-
nombre de moles de Li+Cl04-
p
=
nombre de moles de A-4Ba-3

---

-
70 -
Une preuve structurale supplémentaire des zwitterions ABa est appor-
tée par l'adjonction d'un acide HX à leur solution. En effet, nous avons pu vé-
rifier que le sel A-4Ba-4 en présence d'un équivalent d'acide perchlorique pré-
sente les raies caractéristiques du composé A-4BaH+-4,Cl24-. Si on accroît la
concentration en HCl0
on obtient alors les variations de déplacements chimi-
4,
ques suivantes :
M
p
C-n
,
A
(ppm)
0,4
1
2
3,5
"'
C-5
+ 0,5
+ 0,9
+ 1,1
+ 1,4
C-6
0
0
0
0
C-ll
+ 0,8
+ 1
+ 1,2
+ 1,4
C-12
0
0
0
0
C-13
+ 1,0
+ 1,6
+ 1,7
+ 1 ,9
C-14
0
0
0
0
C-15
+ 0,4
+ 0,5
+ 0,5
+ 0,6
C-N
- 1
- 1,3
- 1,3
- 1,3
-
TABLEAU XXVI: Variations de déplacements chimiques ô13
+
-
C
(en ppm) du sel A-4BaH -4,Cl0
(E) en
4
fonction de la concentration en acide perchlorique.
+
+
= ô _ (A- 4BaH -4 + HCl0
- ô _ (A- 4BaH -4)
C n
4)
C n
nombre de moles de HCl04
p =
+
nombre de moles de A-4BaH -4
Dans ce cas également, on observe un déplacement des carbones "impairs"
13
vers les champs faibles, alors que les déplacements Ô
C des carbones "pairs" res-
tent inchangés. Ce dernier phénomène est assez étonnant. En effet, lors de l'addi-
tion d'acide, on peut supposer que les variations de déplacements chimiques des
carbones "impairs" sont dues à la protonation partielle du système éthylénique,
laquelle diminuerait globalement la densit~ électronique TI. Cette interprétation
serait ainsi en accord avec les déplacements mesurés pour le carbone N-C (le sys-
tème TI tendrait alors à reprendre sa charge initiale au détriment de la liaison N-~).

---

- 71 -
13
La non variation de déplacements é
C des carbones "pairs" est par contre diffi-
cilement explicable si l'on considère que les polarisations induites dans la
chaîne latérale par l'anion (voir tableau XXVI) ou par les groupements COOR, COOR,
COO
(voir tableaux XXIIIet XXIV) se répercutent à la fois sur les carbones "pairs"
et "impairs".
CONCLUSION
Au cours de ce chapitre, nous avons montré que les imines et sels
d'iminium possèdent essentiellement la structure E. Par ailleurs, l'étude par
RMN du 13C des rétinoides modèles ~ permis de mettre en relief d'importants ef-
fets d'interactions dipolaires intra et intermoléculaires sur la chaîne polyé-
nique.

---

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1
15
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Obser-ve rion de H -15
~N "COOtBu
I~·
- -
A
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~ \\
Avec ir-r-odiot ion
du N-CH2
j
Sons irradiarion
N
"
FIGURE 1
Mesure d'effet NOE (IR à 100 MHz) sur l'imine A-4 Ba-I (Solvant CDC1 ) .
3

---

1
1
- 73 -
1
o
13
15 +
E Br-
~
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J
14
1
Z
C '" 0 1 3 MIl dan s CD C 13
1,0
+Eu(hfc)3- d-
75
25
p= nombre moles Eu(hfc)3
nombre moles de sel
~1
~2
~3
P
FIGURE 2 : Variations des déplacements chimiques protoniques en fonction de la concen-
tration ~n Eu(hfc)3 -d)

---

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H
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H-15
1 L
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1
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1
1
1
"
1
1
J
8
7
6
5
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3
2
1
0
FIGURE 3
Spectre RMN IH (100 MHz) de l'imine A-4 Be-I (Spectre A) et de son analogue N-méthylé (Spectre B)
Solvant CnCl3,
~~~,""N,~,WP*S;A:;O V,M)Gi
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1
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H_11
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1
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7
6
5
4
3
2
1
FIGURE 4
Spectre RMN IR (100 MHz) du Iodure de N.N diméthyl iminium de l'aldéhyde A-4.
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........_
..............

---

N (CH3)2
CH 3
~
CH3-1,1'
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13'
9'
S'
13J
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1
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H_7
HJ4
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H_15
H_11
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1
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6
5
4
3
2
1
(
FIGURE 5:
Spectre IH (250 MHz) de l'iodure de N.N diméthyl, rétinylidène ammonium (Solvant CD30D).
6',,( M,,9U;;:;W;I«.J4Y ws,;,
k9
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H-14 H-7 H-8 H-10
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1
1
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(Z)
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H_15
H-15
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5
4
3
2
1
PI
FIGURE 6
Spectre RMN IH (250 MHz) des zwitterions A-5 Ba-4 (isomères Z, E)
Solvant: (CD30D/CDC13)
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C-11 ~
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1,
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\\ C-14 "
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80
170
160
150
140
130
120
110
ppm
13
+
_
+ _
:FIGURE 7
Spectres RMN
C des composés A-4 Be-2, A-4 BeH -2 Cl
et A-4 BaH -2 Cl
(Zone de 100 à 180 ppm).
tBu, Cl
+
A-4 BeH (B)
H, CF3COO
+
A-4 BaH (C)

---

o
- 79 -
a
175
165
155
145
135
125
115
.
.
1 3 '
+
-
_
FIGURE 8
:
Spectres RMN
C des sels A-4 BaH ,CF
(Zone 100 a 180 ppm) .• ·
3COO
Solvant : CnC1 3/CH30H
!
= n = 1
b = n = 3
\\ _ _ _ _
r:

---

- 80 -
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, \\
\\ C-13
~,
C~51
~
~
180
170
160
150
140
130
120
1 0 ppm
FIGURE 9
S
13
. ' .
4
(
pectres RMN
C des zw~tter~ons A-
Ba
Zone de 110 à 180 ppm)
A-4 Ba-4
(A)
, A-4 Ba_2 (8)
A_'J,. Ba-3 (C)
0 :
COOH de l'amino-acide en excès.

---

- 81 -
o
,
1+t~~J:l ~W
1
1
1
•
1
1
LJ
~~~h."'+I
1
1
1
1
IC~/8:
1 1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
l ,
1
1
\\ V
,': 1
l
,
1
1
1
1
1 1
1 1
1
1
\\
1 Hc_s,7
1 1
1
1
,
1
1
,
1
1
1
1<:-13 1
1 1
1
\\(El) l
C-111
1
'1 'C..10
1 1
,
1
1
1
(Ef:~
1 r.t, l
coq
1
1
Cj~ y
C-14: '1
(EZ)I
,-I,
1
. y
(E) ,
-
1
1
1
1 1
1
1
1
1
1 1
1
1
J
~ J
I
Y
1
C _15
1(EZ) .
1
~I
1
1
,
1
1 C..14
~ (Z)
1
'1~~lfklTtlf iI~~ ,11 ,\\I~t~t~\\)~ .~\\
~~MMJM
,
,
,
1
,
ppm
170
160
150
140
130
13
+ -
FIGURE 10
Spectre RMN
C des se~s A-S BaH -4 CI0
(A) et A-S Ba-4 (Z,E) (Zone
4
de 120 à 180 ppm).
"1
11
1
15
R
~ ~ ~ ":
.+N~~
6
'XI
12
~
lJ IR = COO~,ClO4-
R = COO
r1:
COOH de 11 ami no- a c i de en excès.

---

- 82 -
A
B
o
180
170
160
150
140
130
120
FIGURE Il
13
+
-
Spectre RMN
C des sels A-S BaR -3,X
(A) et A-S Ba~3 (B ) (Zone de
120 à 180 ppm) ,'
+
-
2
1
~ "':: 1~ 1~ 1 (.fl~! COOR (A-S BaR -3"X )
3
1
B
10
12
14 ~N
5
,
-
~
H
COO
(A-S Ba-3)
tJ:
COOR de l'amino-acide en excès.

---

- 83 -
CONCLUSION GENERALE
Dans la première partie de ce travail, nous avons fait le point sur
l'état des connaissances concernant la structure des pigments visuels (rhodopsi-
ne et bactériorhodopsine).
L'étude de composés modèles doit apporter des renseignements très
difficiles à obtenir directement Sur ces pigments, du fait de leur complexité
structurale. Aussi, dans la deuxième partie, nous avons décrit les modes d'ob-
tention de modèles résultant de réactions entre les aldéhydes polyéthyléniques
et les amino-acides.
Les imines et sels d'iminium obtenus sont des structures originales,
particulièrement en ce qui concerne les iminiums zwitterions.
L'analyse structurale des rétinoides modèles révèle que la RMN du
carbone-13 est tout à fait appropriée à l'étude de ceS composés. Nous avons
ainsi mis en évidence la très grande sensibilité de déplacement ol3C des car-
bones éthyléniques. Des variations de déplacements chimiques, nous avons pu dé-
gager les effets purement électroniques qui
reflètent la polarisation du sys-
tème TI de la chaîne, et nous avons montré que les interactions dipolaires intra
ou intermoléculaires sont susceptibles d'induireid'importantes modifications de
déplacements 013 C•
On comprend mieux dès lors la différence observée en UV entre les
absorptions caractéristiques des sels de N-propyl (ou N-butyl) rétinylidène et
les absorptions présentées par les pigments colorés ( {bactério-) rhodopsine.)
Cet effet (appelé
"déplacement opsine") est très probablement dû à la
présence à proximité de la chaîne du chromophore d'anions divers et/ou de grou-
pements carboxyliques (comme le COOR terminal de la protéine entre autres).
Par ailleurs, nos résultats prouvent qu'un acide extérieur à la

---

- 84 -
protéine n'est pas nécessaire à la formation du "sel" (c'est à dire à la réaction
entre l'extrêmité NH
d'un résidu lysine de la protéine et le rétinal). Il est
2
ainsi probable que ce "sel"soit un zwitterion.
Une structure semblable expliquerait bien la fonction de pompe à
protons exercée par ces pigments: une fois réalisé le captage d'un proton car-
boxylique pour former le zwitterion, il s'ensuivrait une suite de prototropies
au sein de la membrane rétinienne.
Nous pensens poursuivre ce travail en le complétant par l'étude
RMN d
13
d
~
dê l
dê r i
~ d
~. 1 .
Il
·1·
par
u
C
e composes mo e es
er1ves
u ret1na
C1S-
et en ut1 1sant
des amino-acides plus élaborés (peptides modèles de l'opsine et de la bactério-
opsine). Enfin, compte tenu de la grande sensibilité dû carbone C-13 du chromo-
phore, nous envisageons la synthèse et l'étude de la rhodopsine et de la bacté-
riorhodopsine marquées en cette position.

---

- 85 -
PARTIE EXPERIMENTALE
1. PREPARATION DES MATIERES PREMIERES
1. SYNTHESE VES ALVEHYVES ETHYLENIQUES
1.1. Cyclohexène-l canbaldéhyde
Dans un tétracol de 2 litres, sous atmosphère d'azote anhydre, mu-
ni d'un réfrigérant, d'un thermomètre, d'une ampoule à brome et d'un système
d'agitation mécanique, on introduit 0,4 mole de magnésium que l'on recouvre de
THF anhydre. On additionne ensuite quelques gouttes d'une solution de 0,2 mole
de 1,5 - dibromopentane dans 80 ml de THF afin d'amorcer la réaction (on obser-
ve alors une augmentation de température). On additionne ensuite le dibromé
goutte à goutte pendant 3 heures. On continue d'agiter pendant 24 heures. L'en-
semble est alors refroidi à -80°C et on ajoute goutte à goutte 0,4 mole de
DMF pendant 2 heures. On laisse revenir la température à DoC et on hydrolyse
rapidement à l'aide d'une solution d'acide sulfurique 2N. On sépare la couche
aqueuse de la couche organique, élimine le solvant et distille l'aldéhyde ob-
tenu sous pression réduite.
Rendement
49 %
1• 2. Aldé.hyde C15 "tout Vta.Y1J.J"
Dans un tétracol de 3 litres contenant ~ 300 ml de diméthoxyétha-
ne, on met en suspension 2,3 g de NaH que l'on agite mécaniquement, puis
on
additionne goutte à goutte 0,1 mole de triéthylphosphonoacétate (22,4 g).On aJou-
te ensuite
9,2 g de B-ionone. Le mélange est chauffé à reflux pendant 4
heures. On extrait avec de l'hexane. On enlève le solvant au "Rotovapor". Le
mélange de produit brut obtenu contient les isomères cis et trans dans les
proportions de 15 et 85 % respectivement.
Ce produit brut est saponifié avec du KOH : 10 g de produit pour
10 g de KOH dans 50 ml d'eau et 20 ml d'éthanol. On porte à reflux pendant 3

---

- 86 -
heures et demie, PU1S on dilue dans l'eau, les impuretés non acides étant ex-
traites à l'éther. La couche aqueuse est acidifiée avec HCI dilué et extraite
à nouveau à l'éther. On sèche avec du sulfate de magnésium, élimine le sol-
vant au "Rotavapor" et recristallise dans l'hexane pour obtenir l'isomère
trans pur.
Le mélange contenant 7,8 g d'acide trans, 2,5 g de LiAIH
et 250 ml
4
d'éther est refroidi à -40°C pendant environ 5 minutes; puis on laisse reve-
nir à la température ambiante en agitant pendant 1 heure et demie. On refroi-
dit à nouveau à -40°C et on additionne lentement une solution diluée d'acide
sulfurique. On sépare les deux couches; on élimine alors l'éther pour isoler
l'alcool pur.
L'alcool est ensuite oxydé par le Mn0
(] g d'alcool pour 8 g de
2
Mn0
dans 10 ml d'éther de pétrole sec (ou d'hexane distillé sur tamis molé-
2)
culaires). On chauffe le mélange à reflux pendant 3 heures. On filtre et on
élimine le solvant pour obtenir l'aldéhyde trans.
Eb
= 125°C/0,2 mm Hg
rendement
93 %.
2. SYNTHESE V'AMINO-ACIVES ET VERIVES
2. 1. PlLépaJz.a.Üon du uteJl..6
a) Glycinate d'éthyle:
Dans un erlenmeyer, on met 7 g de chlorhydrate d'éthyl ester de
glycine que l'on recouvre d'éther. On ajoute de la triéthylamine en excès. La
suspension est agitée mécaniquement pendant 24 heures. Il se forme alors du
chlorhydrate de triéthylamine et du glycinate d'éthyle (soluble dans l'éther)
que l'on obtient après filtration et élimination du solvant.
Rendement
60 à 70 %
Eb
= 44°C/20 mm Hg
b)
Lysinate de méthyle :
Le méthyl ester de lysine est préparé à partir du monochlohydrate
de lysine selon le mode opératoire décrit dans la référence ci-après :
Chemistry of the Amino-acids
J.P. GREENSTEIN & M. WINITZ
Vol. n02, p. 925-928

---

- 87 -
c)
Prolinate de méthyle
Le méthyl ester de proline est préparé à partir du chlorhydrate
de proline suivant le même mode opératoire que lors de la synthèse du méthyl
ester de lysine (voir ci-dessus).
Dans un ballon muni d'une colonne à distiller, on introduit 0,1
mole d'anhydride phtalique et 0,1 mole d'acide aminé. Ce mélange est porté
à 180°C à l'aide d'un bain d'huile pendant environ 15 minutes: l'eau for-
mée distille. On parfait l'élimination de l'eau à l'aide d'un courant d'azo-
te sec en fin de réaction. On laisse revenir à la température ambiante. Le
résidu est alors recristallisé à l'aide d'une solution d'éthanol à 10 %.
On met ensuite le phtaloylamino acide en suspension dans CH2Cl 2
additionné de 1 ml de H
On agite mécaniquement en introduisant un cou-
2S04.
rant assez rapide d'isobutylène. La solution se clarifie petit à petit, in-
diquant que la réaction est terminée.
On poursuit ensuite l'addition d'isobutylène pendant 4 heures.
On lave à l'eau à 2 ou 3 reprises. On recueille la couche de solvant que
l'on sèche sur du sulfate de sodium. Enfin, on concentre au "Rotavapor".
L'ester est régénéré à l'aide d'une solution de méthylamine : 1 mole de
produit brut pour 2 moles de méthylamine. Les rendements obtenus en esters
(à partir des amino-acides) sont de l'ordre de 60 %.
2.2. PlLépClfl.a-Ü.on des hW d 'a..mù1.o-a..udeA Be.H+ et: Ba..H+
Dans un erlenmeyer de 250 cc, on introduit successivement 0,1 M
d'acide aminé Ba et 0,1 M d'acide HX. On dissout l'ensemble dans 30 ml d'eau,
puis on laisse réagir une demi-heure en agitant. L'eau est ensuite éliminée
sous pression réduite à l'aide d'un extracteur du type "Rotavapor". Le sel
qui cristallise en général est ensuite purifié par recristallisation dans le
méthanol/chloroforme. Dans certains cas, le sel ne cristallise pas après
élimination de l'eau et se présente sous forme visqueuse. Dans ces conditions,
on le précipite dans l'acétonitrile en frottant les parois du ballon à l'ai-
de d'une spatule de verre.
Les valeurs des points de fusion de ces composés sont rassemblées
dans le tableau XI.

---

- 88 -
3. PREPARATION VES IMINES ABe
3. 1. A paJl.-t.Uz. du glyuYlate d'éthyle
a) ~ee~E~!!!~g~ : on utilise un erlenmeyer surmonté d'un réfrigérant,
d'une colonne de CaCl
et d'une ampoule à brome contenant l'aldéhyde. On em-
2
ploie un agitateur magnétique.
b) ~E§e~E~!!~~_~~~_i~!~~~ : ABe-l'
On ajoute goutte à goutte une solution d'aldéhyde (0,02 M) dans ~ 5 ml d'éther,
à 0,02 mole d'éthyl ester de glycine dans ~ 15 ml d'éther, contenant ~ 2 g de
tamis moléculaires. Au bout de 3 heures environ d'agitation magnétique à la
température ambiante, l'imine est obtenue après élimination du solvant.
3. 2. A paJl.-t.Uz. du lY-6-<-Ylate de mUhyle
a) ~ee~E~i!!~g~ : voir 2-2
b) ~E§e~!~!!~~_~~~_~!:!~!~~~
A-IBe-5 et A-2Be-5
On pèse 2,2 g (0,01 M) de méthyl ester de lysine di-chlorhydrate auquel on
ajoute 15 ml de méthanol et de la triéthylamine en excès. On agite pendant 15
à 30 minutes. Puis en présence de 2 g environ de tamis moléculaires, on addi-
tionne goutte à goutte 0,02 mole d'aldéhyde. Durée de la réaction: 3 heures
à la température ambiante. On filtre et la di-imine est obtenue après élimi-
nation du solvant.
3• 3• A paJl.-t.Uz. du esteJlJ.J teJLt.i.o - buty-Uq uu d' a.mino - aei.de»
a) ~ee~E~!!l~g~ : V01r 2.2.
(
b) ~E~e~E~!i~~_~~~_i~i~~~ ABe-1 et ABe-2
On ajoute goutte à goutte une solution d'aldéhyde (xM~dans ~ ID ml d'éther à
xM d'ester t-butylique dans ~ 15 ml d'éther, contenant ~ ID g de tamis molécu-
laires. On agite pendant 24 heures à la température ambiante à l'aide d'un
agitateur magnétique. L'imine est obtenue après élimination du solvant au "Ro-
tavapor".
~ x = 4 millimoles
4. SYNTHESE VES SELS V'IMINIUM
a) ~EE~E~i!l~g~ : on utilise un erlenmeyer surmonté d'une colonne de

---

- 89 -
CaC1
et d'une ampoule à brome contenant une solution saturée de HC1 dans
2
l'éther. L'er1enmeyer est muni d'un courant d'azote sec et plonge dans un bain
de sel et de glace. On emploie un agitateur magnétique.
b) ~E~E~E~~!Q~_~~~_~h!QE~E~~_~:i~!~!~~ ABeH+, Cl
On ajoute goutte à goutte une solution saturée de HC1 dans l'éther, à une so-
lution d'imine po1yénique dans ~ 20 ml de méthanol, tout en agitant à la tem-
pérature de -10°C environ. La protonation de l'imine, instantanée, se traduit
par un changement de coloration du milieu réactionnel. Le sel est obtenu après
élimination du méthanol à la pompe à vide.
4.2. Réaction ~eete ~e atdéhyd~ polyén.[qu~ e-t a.nU.no-aud~ Ba e-t leuJt.6
+
.+
.6W BeH+ e-t BaH+ : .6yYL:thè..6e des .6W ABeH, ABaH
pan: la. méthode II e-t
ABa pM la. méthode II 1.
Pour préparer une solution d'environ IM/1 apte à l'étude par RMN,
on procède comme suit
On prépare dans un tube à parfum une solution de 1 mM d'aldéhyde po1yénique
dans 1 ml de solvant (CDC1
CH
3,
30H).
Dans un deuxième tube, on introduit successivement 1,2 mM du sel d'amino-
acide BeH+ ou BaH+ et 1 ml de solvant (en général le méthanol). Il est né-
cessaire de dissoudre complètement l'amino-acide. Pour y parvenir, on doit
parfois réchauffer la solution.
On verse en une fois la solution d'amino-acide dans la solution d'aldéhyde.
Les temps d'attente nécessaires à la disparition totale de l'aldéhyde sont
reportés dans le tableau XII.
4.3. Ré.6onanc.e MagnWque Nuc.léa.-iAe 1RMN}
Les spectres protoniques ont été réalisés en onde continue à 60 MHz (Spec-
trographe Perkin-Elmer), 100 MHz (Spectrographe Varian XL lOO-A) et 250 MHz
(Spectrographe CAMECA).
Les solvants et solutions utilisés
dépendent de la nature des imines ou
des sels (voir texte).
Les mesures' d'effet NOE ont été effectuées à 100 MHz sur des solutions
0,5 M/1 soigneusement filtrées et dégazées sous Argon.

---

- 90 -
Puissance du champ d'irradiation
90 dB
noyaux irradiés
noyaux obervés : CH = N.
b) ~_~~_f~EÈ~~~:l}
13
Les spectres
C ont été enregistrés en transformée de Fourier
(Spectrographe BRUCKER mu1tinoyaux) à la fréquence de 90 MHz (22,63S MHz pour
le 13C) sur des solutions O,S à 1 Mil dans divers solvants (voir texte).
(température: -10°C à O°C).
Paramètres utilisés: gamme 6000 ; temps d'acquisition: 0,679 s
nombre de passages : 3000 à SOOO. Les spectres non découplés sont réalisés à
l'aide de la technique du découplage en créneaux, et les spectres en découplage
partiel par irradiation à fréquences données avec une puissance de O,S W.

---

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