Étude par simulation de dynamique moléculaire de la structure et de la mobilité moléculaire de matériaux complexes d’intérêt thérapeutique
(Study by simulation of molecular dynamics of the structure and molecular mobility of complex materials of therapeutic interest)

URL d'accès : https://ori-nuxeo.univ-lille1.fr/nuxeo/site/esupve...

Auteur(s):  Ottou Abe, Martin Thierry
Date de soutenance : 27/06/2014
Éditeur(s) : Université Lille1 - Sciences et Technologies, Université de Yaoundé I 

Langue : Français
Directeur(s) de thèse :  Affouard, Frédéric ; Ndjaka, Jean-Marie Bienvenu
Laboratoire : Unité matériaux et transformation (UMET)
Ecole doctorale : École doctorale Sciences de la matière, du rayonnement et de l'environnement (Villeneuve d'Ascq)

Classification : Chimie, minéralogie, cristallographie
Discipline : Sciences des matériaux
Mots-clés : Relaxation Debye
Dynamique moléculaire
Relaxation diélectrique
Spectroscopie de relaxation
Arylcarboxyliques
Transition vitreuse
Liaisons hydrogène
Dimères

Résumé : Les matériaux moléculaires vitrifiables présentent généralement des mobilités complexes incluant plusieurs relaxations non-exponentielles (non - Debye) comme le montre la spectroscopie de relaxation diélectrique. Une relaxation de type Debye est cependant observée dans plusieurs alcools primaires et amides et se caractérise par une contribution basse fréquence de très grande amplitude et de forme symétrique. Celle-ci demeure encore très mal comprise car elle correspond à environ 90% de la réponse diélectrique et ne semble pourtant pas couplé à la viscosité η(ω) ou la chaleur spécifique complexe C(ω). Ce type de relaxation Debye très particulière a été récemment identifié dans plusieurs composés pharmaceutiques de la famille des profènes. Au moyen de simulations de dynamique moléculaire, nous avons mené des investigations des propriétés physiques de trois composés moléculaires de la famille des profènes (ibuprofène, flurbiprofène et kétoprofène) dans l’état liquide afin d’analyser leurs organisations, leurs mobilités moléculaires et clarifier l’origine de la relaxation Debye. Nous avons montré que le processus Debye observé expérimentalement provient de mouvements extrêment lents des groupes carboxyliques très polaires dans des environnements moléculaires relaxant rapidement : une conversion interne des groupes O=C-O-H entre deux conformations d’équilibre couplée aux transformations du réseau de liaisons hydrogènes intermoléculaires. L’organisation dominante dans le liquide se trouve être composée de petits agrégats correspondant à des associations en dimères cycliques précurseurs de l’ordre cristallin. L’influence d’une situation de confinement sur les mobilités moléculaires a aussi été explorée en lien avec des études récentes de spectroscopie diélectrique.


Résumé (anglais) : Molecular glass-formers usually exhibit complex mobility including multiple non-simple exponential (non-Debye) relaxation processes as observed from dielectric relaxation spectroscopy. However, a Debye relaxation type is observed in several primary alcohols and amides, and is characterized by a low frequency contribution of very large amplitude and symmetrical shape. It is still very poorly understood because it is about 90% of the dielectric response and seems not yet coupled to the viscosity η (ω) or the complex specific heat C (ω). This very peculiar Debye relaxation has been recently identified in several pharmaceutical compounds of the profens family. By means of molecular dynamics simulations, we have conducted an investigation of physical properties of the three molecular compounds of the profens family (ibuprofen, flurbiprofen and ketoprofen) in the liquid state in order to analyze their organizations, their molecular mobilities and to clarify the origin of the Debye relaxation. We have shown that the Debye process observed experimentally originates extremely slow movements of very polar carboxyl groups in the molecular environments with rapidly relaxing: an internal conversion of the O=C-O-H groups between two conformations of equilibrium coupled to changes of the network of intermolecular hydrogen bonding. The dominant organization in the liquid is found to be composed of small hydrogen bonding aggregates corresponding to associations in cyclic dimers precursors of the crystalline order. The influence of a situation of confinement on molecular mobility has also been explored in relation with of the recent studies of dielectric spectroscopy.


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