Quinone

Définition

La quinone est un composé aromatique transporteur d'électrons dans la chaîne respiratoire mitochondriale et la chaîne photosynthétique. Ce composé organique est dérivé de composés aromatiques (tels que le benzène, le naphtalène ou l'anthracène). Elle convertit un nombre pair de groupes -CH = groupes -C(=O) - avec les doubles liaisons de réarrangement nécessaires. Il en résulte une structure de diène cyclique entièrement conjuguée. Elle comprend certains composés hétérocycliques.

Les quinones sont constituées d'un noyau benzénique sur lequel deux atomes d'hydrogène sont remplacés par deux atomes d'oxygène, formant deux liaisons carbonyles.

Exemples de quinones :

Diverses structures de quinones et leur transformation. Les quinones sont des cyclohexadiène-diones dont les groupes carbonyle peuvent être 1,2 ou 1,4 entre eux. Les quinones peuvent être préparées par oxydation de phénols ou d'anilines, bien que généralement avec un rendement médiocre. Cependant, les phénols ou anilines convenablement disubstitués sont facilement oxydés pour donner de meilleurs rendements en quinones. Les 1,4-quinones sont plus faciles à préparer et sont sensiblement plus stables que les 1,2-quinones. Des agents oxydants plus doux sont nécessaires pour empêcher une oxydation supplémentaire des 1,2-quinones.

Explications

Le terme quinone est également utilisé plus généralement pour une large classe de composés qui dérivent officiellement des quinones aromatiques en remplaçant certains atomes d'hydrogène par d'autres atomes ou radicaux.

Les quinones sont des dérivés oxydés des aromatiques et sont souvent facilement fabriquées à partir d'aromatiques réactifs avec des substituts donneurs d'électrons, tels que les phénols et les catéchols (catéchines), qui augmentent la nucléophilicité de l'anneau et contribuent au grand potentiel redox requis pour briser l'aromaticité. (Les quinones sont conjuguées mais ne sont pas aromatiques). Les quinones sont des accepteurs de Michael électrophiles stabilisés conjugués. Selon la quinone et le site de réduction, la réduction peut réaromatiser le composé ou rompre la conjugaison. L'addition du conjugué rompt presque toujours la conjugaison.

⭐ Les quinones portent un préfixe indiquant l'origine ("benzo-" pour le benzène, "naphto-" pour le naphtalène, "anthra-" pour l'anthracène) et le suffixe "-quinone". Des infixes multiplicateurs sont utilisés pour les carbonyles ("-di-", "-tri-", "-tetra-").

✅ La quinone est un constituant commun des molécules biologiquement pertinentes (par exemple, la vitamine K1 est la phylloquinone. D'autres, comme plastoquinone et ubiquinone, servent d'accepteur d'électrons dans les chaînes de transport d'électrons que les photosystème I et II de la photosynthèse et de la respiration aérobie. Un exemple naturel de quinones comme agents oxydants est la pulvérisation des Coléoptères bombardiers. L'hydroquinone est mise à réagir avec du peroxyde d'hydrogène pour produire une explosion de vapeur ardente, un puissant moyen de dissuasion dans le monde animal. Les quinones peuvent être partiellement réduites en quinols.

⭐ La cuticuline distingue une lipoprotéine tannée par des quinones présente dans l'épicuticule des arthropodes.

Les quinones sont largement présentes dans le monde naturel, et ont des pigments très attractifs, comme c'est le cas de l'atromentine, produite par le "champignon saignant" Hydnellum peckii en raison de la couleur qu'elle lui donne.

Occurrence et caractéristiques structurelles

Les quinones sont présentes dans les bactéries, les champignons, les lichens, les Gymnospermes et les Angiospermes. Dans le règne animal, les quinones sont présentes chez les échinodermes, par exemple les quinones isoprénoïdes chez les oursins et les arthropodes, les anthraquinones chez les insectes comme la cochenille. Les plastoquinones, les tocophérolquinones et la phylloquinone sont des métabolites primaires, probablement présents dans tous les tissus photosynthétiques, alors que les ubiquinones ont été trouvées dans la plupart des plantes, et généralement chez les animaux. La majorité des quinones trouvées dans les plantes sont des benzoquinones, des naphtoquinones ou des anthraquinones relativement simples, bien que des structures squelettiques moins courantes soient également présentes, telles que les quinones terpénoïdes et les quinones polycycliques supérieures. La plupart des quinones présentes dans la nature sont des p-quinones, mais il existe également des o-quinones.

Dans les plantes supérieures, les anthraquinones se trouvent dans les Rubiacées, les légumineuses, les Rhamnacées, les Polygonacées, les Liliacées et les Scrophulariacées. La plupart des naphtoquinones sont présentes dans les Bignonaceae, Verbenaceae, Juglandaceae, Plumbaginaceae, Borraginaceae, Lythraceae, Balsaminaceae, Ebenaceae et Droseraceae. Les Myrsinaceae et les Borraginaceae sont quelques familles dans lesquelles les benzoquinones s'accumulent.

Utilisation comme réducteur

Les quinones sont facilement réduites pour régénérer le cycle aromatique d'une hydroquinone. Le potentiels de réduction standard est noté E_o pour les quinones. Nous rappelons de la chimie générale qu'au fur et à mesure que le potentiel de réduction standard augmente, la facilité de réduction, et donc E_o, augmente. Notez que les groupes attracteurs d'électrons augmentent le potentiel de réduction. Cette tendance est raisonnable car la réduction intervient par transfert d'électrons vers le substrat.

Les quinones peuvent être utilisées comme agents oxydants doux. Étant donné que le potentiel standard des quinones varie avec le substituant, il est possible d'oxyder sélectivement des substrats avec des quinones spécifiques. Les quinones avec plusieurs groupes électroattracteurs sont des agents oxydants suffisamment puissants pour déshydrogéner les hydrocarbures dans lesquels un produit conjugué peut se former. La 2,3-dichloro-5,6-dicyano-1,4-benzoquinone (DDQ) peut oxyder les cétones pour donner des cétones α,β-insaturées. Il peut également oxyder certains hydrocarbures non aromatiques en hydrocarbures aromatiques.

L'enzyme ubiquinone–cytochrome c réductase catalyse cette réaction très compliquée. L'enzyme est un autre complexe protéique gigantesque avec une masse moléculaire d'environ 500 000. Trois cytochromes différents et une protéine contenant un complexe fer-soufre sont des composants de l'ubiquinone-cytochrome c réductase.

Les processus auxquels participe l'ubiquinone existent dans la membrane mitochondriale interne des cellules eucaryotes et dans la membrane plasmique des cellules bactériennes. L'ubiquinone et l'ubiquinol sont solubles dans la membrane et agissent comme des navettes pour transporter les électrons et les protons d'un complexe multiprotéique à un autre. Des processus similaires existent dans la chaîne de transport des photoélectrons dans les plantes avec des plastiquonones comme coenzymes.

Toxicité des quinones

Les quinones peuvent entraîner une paralysie des centres médullaires et un coma. Une albuminurie et une hématurie peuvent survenir. L'exposition chronique de quinones à des animaux de laboratoire a entraîné une irritation de la peau et a également provoqué une rougeur de la peau.

Chez l'humain, la quinone est connue pour provoquer une irritation des yeux en cas d'exposition chronique à la poussière ou aux vapeurs. Une kératite, une ulcération cornéenne et une décoloration de la conjonctive peuvent survenir. Les travailleurs exposés de façon chronique à ces composés peuvent développer une décoloration rougeâtre des cheveux. Aucune donnée épidémiologique concernant la cancérogénicité de la quinone n'est disponible. Il existe des preuves insuffisantes chez les animaux de laboratoire de la cancérogénicité de la 1,4-benzoquinone. Évaluation globale : la 1,4-benzoquinone n'est pas classifiable quant à sa cancérogénicité pour l'homme (groupe 3).

En rapport avec "quinone"

• anthraquinone

  

  L'anthraquinone ou le 9,10-dioxoanthracène est un composé organique aromatique dérivé de l'anthracène, une quinone.

• benzoquinone

  

  La benzoquinone est un composé non aromatique issu de l'hydroquinone et isomère de la quinone ayant les propriétés d'une cétone et d'un alcène.

• hydroquinone

  

  L'hydroquinone (1,4-benzènediol) est un agent éclaircissant de la peau utilisé par voie topique pour le traitement de l'hyperpigmentation.

• naphtoquinone

  

  De formule C31H46O2, la naphtoquinone est une phylloquinone, et particulièrement la vitamine K1.