High-resolution solid-state NMR for powder crystallography

• Auteur / Autrice : Elodie Salager
• Direction : Lyndon Emsley
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Lyon, Ecole normale supérieure
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de Chimie (Lyon ; 1995-....)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Résonance magnétique nucléaire

Protons

Solides

Mots clés libres

Cristallographie par RMN

Résumé

La connaissance de la structure tridimensionnelle d’un composé solide est essentielle pour la compréhension de ses propriétés et le développement de nouveaux matériaux. La diffraction des rayons X est communément utilisée pour déterminer la structure des composés monocristallins. La caractérisation structurale de composés sous forme de poudre présente plus de difficulté. En particulier, beaucoup de composés ne peuvent pas être obtenus sous forme de monocristaux ; et les composés hautement polymorphiques (tels que la plupart des médicaments) doivent être caractérisés « tels quels » afin de limiter les risques de modification structurale. Cette thèse présente de nouvelles méthodes de cristallographie de poudre par résonance magnétique nucléaire (RMN) du solide à haute résolution, i. E. La détermination de la structure, en abondance isotopique naturelle, de composés en poudre par RMN. Dans une première partie, le cas complexe de la résolution des spectres proton est abordé. Les possibilités offertes par la dernière génération de sondes RMN sont explorées et de nouvelles méthodes de découplage sont proposées. Dans la deuxième partie, des protocoles de détermination structurale sont développés. Ces derniers s’appuient sur la forte dépendance des paramètres RMN avec les détails de la structure cristalline, et profitent de la haute résolution accessible en RMN du solide pour les protons et les carbones. Ces techniques sont appliquées à un composé test, le thymol, et démontrent le potentiel de la RMN du solide pour la résolution de la structure cristalline de composés en poudre.

Knowledge of the three-dimensional structure is an invaluable element for the understanding of the properties of solid materials and towards the development of new materials. While single-crystal X-ray diffraction is established as the best tool to characterise monocrystalline samples, the experimental determination of the structure of polycrystalline powders remains a challenging domain. Many crystalline solids cannot be prepared as single crystals and must be characterized in the powder form. Other compounds are highly subject to polymorphism, and there is a need for structural determination techniques that minimize the risk of structural change during the characterisation. The problem is particularly relevant in the case of drug powders, which need to be accurately characterized in their active pharmaceutical form. This thesis presents new developments relating to powder nuclear magnetic resonance (NMR) crystallography, i. E. Structure determination of powdered samples using high-resolution solid-state NMR at natural isotopic abundance. The first part of the thesis concentrates on the challenging case of protons and illustrates the opportunities offered by the latest generation of commercial NMR probes and new decoupling methods. Protocols are proposed in the second part, which benefit of the high-resolution solid-state NMR spectra accessible for protons and carbons and which make use of the strong dependence of the NMR parameters on crystalline structure details. These techniques are successfully applied to a model compound, thymol, and demonstrate the potential of solid-state NMR for structural determination of powdered compounds.