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Les Cyclodextrines : molécules cages
Définition :
Les cyclodextrines sont des
molécules cages naturelles obtenues par dégradation enzymatique de l'amidon.
Elles se présentent sous forme d'oligomères cycliques du glucose et comportent
de 6 à 12 unités. Les plus abondantes sont les hexamères (a-cyclodextrine), heptamères (b-cyclodextrine) et octamères (g-cyclodextrine). La figure 1 montre la structure de la b-cyclodextrine. Cette molécule se
présente sous la forme d'un abat-jour. Tous les groupes polaires
(hydroxyles OH) sont localisés à l'extérieur, l'ensemble délimitant une
cavité relativement hydrophobe. Ce caractère amphiphile permet aux cyclodextrines d'inclure dans leur cavité des molécules
hydrophobes pour former des complexes d'inclusion solubles dans l'eau.
Principales applications :
Domaine pharmaceutique :
Le mode d'administration d'un médicament joue très souvent un rôle déterminant dans l'expression de l'activité pharmacologique. L'encapsulation du principe actif dans une molécule hôte constitue une des approches les plus récentes et le plus prometteuses du transport des médicaments. Leur caractère biodégradable les prédispose à des applications importantes dans les domaines agro-alimentaires et pharmaceutiques. L'encapsulation dans les cyclodextrines permet en effet de protéger des molécules fragiles ou d'assurer leur libération lente et contrôlée. De plus, la solubilisation de médicaments insolubles dans l'eau sous forme de complexes d'inclusion dans les cyclodextrines permet de disposer de préparations injectables. Ce processus s'applique à de très nombreux médicaments insolubles dans l'eau et dans les fluides physiologiques (anti-inflammatoires, stéroïdes, anti-tumoraux, ...). L'inclusion de ces composés dans les cyclodextrines en milieu aqueux est mis en évidence par RMN. En association avec l'informatique moléculaire, cette technique permet d'accéder à la structure tridimensionnelle du complexe d'inclusion en solution. Ultérieurement, on peut modifier chimiquement cette cyclodextrine pour optimiser les interactions entre la molécule incluse et la cyclodextrine, pour augmenter la solubilité dans l'eau du complexe d'inclusion ou pour diriger ce complexe vers l'organe à traiter. Ce dernier aspect constitue le "ciblage moléculaire". Dans cette approche, le transporteur doit permettre d'acheminer le médicament vers le site où son action doit s'exprimer. Les cyclodextrines apparaissent donc comme d'excellents candidats pour optimiser l'action des médicaments, en particulier pour ceux très peu solubles dans l'eau. La synthèse des dérivés de ces cyclodextrines est également un élément incontournable de l'amélioration de leurs propriétés.
Exemple : augmentation de la solubilité du taxotère (médicament anticancéreux) dans l’eau par 1000.
Domaine
textile :
On peut greffer et polymériser les cyclodextrines dans le but d’obtenir des polymères
fonctionnels, des supports ou des matériaux qui présentent les propriétés de
ces dernières. Les applications sont basées sur la capture ou la libération
retardée et sélective de composés organiques.
Exemple : des cyclodextrines
greffées sur les fibres textiles serviront notamment à stocker les mauvaises
odeurs dans le vêtement mais cette adsorption ne doit à aucun moment être
réversible (sauf au lavage).
Domaine chimie
analytique :
Séparations analytiques chirales directes utilisant les cyclodextrines.
Cosmétologie :
Les cyclodextrines entrent dans la formule de shampooings et de crèmes.
Agrochimie :
Les cyclodextrines servent à encapsuler les phéromones sexuelles d’insectes ainsi les effets de ces phéromones sont sensibles plus longtemps car leur dispersion est moindre. Ces phéromones servent à piéger les insectes nuisibles aux cultures.
Les Calixarenes :
Définition:
Composé macrocyclique capable d’adopter une conformation en panier. En général, un calixarène est formé à partir d’un phénol p-hydrocarbylé et de formaldéhyde. Le terme s’applique maintenant aussi aux dérivés de ces molécules. Ils peuvent comporter de manière générale 4 ou 6 cycles aromatiques.
Calix[6]arène
Applications :
Calixarènes
bioactifs :
Les études sur les calix-arènes
bioactifs portent surtout sur le mimétisme des glycosylaminoglycannes
par les calix-arènes anioniques. Les études ont
portés sur les interactions entre ces molécules avec des acides-aminées des
peptides et plus récemment avec des protéines. Afin d'amener ces travaux aux
applications bio-médicales une programme d'étude de la
toxicité de ces molécules a été mise en place.
Domaine nucléaire :
L'idéal serait de
désactiver les déchets radioactifs en les enfermant dans une sorte de piège
chimique pour les trier et les manipuler. Des chercheurs du CEA et de
l'université de Strasbourg ont peut-être trouvé une solution pratique et
efficace. Il ne s'agit pas encore de désactiver tous types de substances radioactives
mais la méthode proposée semble donner satisfaction pour le césium à longue
durée de vie. Cet élément se trouvait en quantité abondante dans les retombées
de Tchernobyl et il continue de polluer les sols et les pâturages européens
depuis 8 ans. Les chercheurs du CEA ont réussi en laboratoire à piéger le
césium grâce aux calixarènes qui agissent comme des
pinces chimiques sélectives. Lorsque les calixarènes
se trouvent en solution et en présence de césium radioactif elles ont une
étonnante propriété : elle extraient le césium de la solution, l'enferment dans
le calixarène et le relâchent ensuite sans que leurs
propriétés n'en soient affectées. On peut ainsi les réutiliser sans les
détruire. Le rendement de l'opération est lui aussi extraordinaire car il
atteint 99%. Pour le moment, seuls le césium 135 et 137 dont la durée de vie
atteint une trentaine d'année on fait l'objet des expériences, mais d'autres
substances radioactives seront prochainement testées. Le passage à des
quantités industrielles n'interviendra pas avant une dizaine d'années.
Les Ethers
couronnes :
Exemple de synthèse d’un
éther couronne
Définition :
Les éthers-couronnes sont
des composés macrocycliques contenant des atomes d'oxygène O (chaîne
polyéthylène glycol cyclisée) dans leur structure cyclique et qui présentent la
propriété de recevoir des ions de charge électrique positive (cations) à
l'intérieur de leur cavité.
Applications :
domaine
de la chimie des alcalins :
Les éthers couronnes font partie des rares complexants de ces éléments. Les éthers-couronnes, ayant
généralement tendance à se dissoudre dans l'eau, ne sont utilisables en
extraction liquide-liquide qu'après renforcement de leur caractère hydrophobe
par ajout de groupements benzo ou cyclohexano.
Leur pouvoir extractant est malgré tout insuffisant
pour leur permettre de retirer seuls le césium d'une solution très acide.