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Toulouse ( INSA Toulouse ), Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Université Paul Sabatier - Toulouse 3 ( UPS ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Toxicologie Alimentaire ( UTA ), Institut National de la Recherche Agronomique ( INRA ) -Université de Bourgogne ( UB ) -AgroSup Dijon - Institut National Supérieur des Sciences Agronomiques, de l'Alimentation et de l'Environnement, Service de Bioénergétique, Biologie Stucturale, et Mécanismes ( SB2SM ), Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) -Institut de Biologie Intégrative de la Cellule ( I2BC ), Université Paris-Sud - Paris 11 ( UP11 ) -Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives ( CEA ) -Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) -Université Paris-Sud - Paris 11 ( UP11 ) -Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives ( CEA ) -Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - 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We report unambiguous proof of the stability of a carbinol intermediate in the case of P450 metabolism of an N-methylated natural cyclo-peptide, namely tentoxin. Under mild acidic or neutral conditions, the lifetime of carbinol-amide is long enough to be fully characterized. This metabolite has been characterized using specifically labeled (14) C-methyl tentoxin isotopomers, HPLC, HPLC-MS, MS-MS and NMR. Under stronger acidic conditions, the stability of this metabolite vanishes through deformylation. A theoretical mechanistic investigation reveals that the stability is governed by the accessibility of the nitrogen lone pair and its protonation state. For carbinol-amines, even in neutral conditions, the energy barrier for deformylation is low enough to allow rapid deformylation. Carbinol-amide behaves differently. Under neutral conditions, delocalization of the nitrogen lone pair increases the energy barrier of deformylation that is a slow process under such conditions. After protonation, we were able to optimize a deformylation transition that is lower in energy and thus accounts for the lower stability of carbinol-amides observed experimentally in acidic conditions. Finally, by considering the protocol usually used for extraction and analysis of this type of metabolite, carbinol-amide may thus be frequently ignored in drug metabolism pathways.