Nucléation non-photochimique induite par laser (NPLIN) : Contribution au mécanisme de nucléation à travers des études expérimentales sur le sulfathiazole, L-acide glutamique et la glycine et la modélisation de quelques petites molécules

Non-Photochemical Laser-Induced Nucleation (NPLIN) : Contribution to nucleation mechanism through experimental studies on sulfathiazole, L-glutamic acid, glycine and modelling of some small molecules

• Auteur / Autrice : Wenjing Li
• Direction : Anne Spasojevic de Biré, Philippe Scouflaire
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 11/03/2016
• Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Interfaces : matériaux, systèmes, usages (Palaiseau, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : CentraleSupélec (2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de structures, propriétés et modélisation des solides (Gif-sur-Yvette, Essonne)
• Jury : Président / Présidente : Françoise Dumas
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Anne Spasojevic de Biré, Philippe Scouflaire, Nada Bošnjaković-Pavlovic, Yohann Corvis, Julien Zaccaro, Génot Valérie, François Puel
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Nada Bošnjaković-Pavlovic, Yohann Corvis

Mots clés

Mots clés contrôlés

Kerr, Effet

Polymorphisme (cristallographie)

Nucléation

Mots clés libres

Nplin

Nucléation

Polymorphisme

Nplin

Nucleation

Polymorphism

Résumé

Cette thèse a pour but de démontrer la faisabilité de la technique de Nucléation non-Photochimique Induite par Laser (NPLIN) appliquée aux composés pharmaceutiques organiques. Avec nos résultats expérimentaux, ceux obtenus dans la littérature et calculs théoriques ab initio, nous avons discuté du mécanisme de la méthode NPLIN.Cette thèse a décrit en premier lieu, le nouveau montage expérimental semi-automatisé adapté aux exigences des études NPLIN développé à CentraleSupelec. Des expériences NPLIN sur le sulfathiazole (STZ), l-acid glutamique (LGA) et la glycine (GLY) sont menées pour étudier l’impact des paramètres du laser et de la sursaturation des solutions sur leur cristallisation. Les résultats expérimentaux montrent que la technique NPLIN permet d’obtenir des cristaux de STZ, LGA and GLY. L’efficacité de la nucléation croit avec l’augmentation de la densité d’énergie du laser et de la sursaturation. Un indice nouveau Ind50 a été défini correspondant au couple densité d’énergie/sursaturation où 50% nucléation est atteinte. Son comportement est discuté. Il est trouvé que le nombre cristaux STZ induits par laser dépend linéairement avec le temps d’irradiation. Une dépendance du polymorphe des cristaux induit par le laser avec la polarisation du faisceau laser est également découvert pour STZ et GLY. Un autre indice Det(A) est utilisé pour caractériser l’impact de la polarisation sur le polymorphisme. Des calculs théoriques ab initio par le logiciel Gaussian09 permettent de donner une estimation des énergies d’interaction des différents dimères pour des polymorphes de STZ, LGA, GLY, l-histidine (LH) et urée. L’empilement des molécules dans les clusters pré-existant est prédit en accord avec la détermination des énergies d’interaction. L’analyse de corrélation entre la symétrie d’empilement et des résultats expérimentaux souligne l’hypothèse de l’effet Kerr pour expliquer cet impact de la polarisation du faisceau laser sur le polymorphisme.

This thesis concerns the demonstration of the feasibility of Non-Photochemical Laser Induced Nucleation (NPLIN) of some organic pharmaceutical compounds. Using our experimental results and those obtained in literature together with ab initio theoretical calculations we have been able to discuss the mechanism of the NPLIN method.This thesis presents a new experimental set-up developed at CentraleSupelec and dedicated to perform NPLIN experiments. NPLIN experiments on sulfathiazole (STZ), l-glutamic acid (LGA) and glycine (GLY) have been carried out to examine the impact of laser parameters and solution supersaturation on their crystallization. Experimental results show that crystals of STZ, LGA and GLY have been obtained by means of NPLIN. For these compounds, nucleation efficiency increases with laser power density and solution supersaturation. A new index Ind50 corresponding to the couple (energy density/supersaturation) where 50% of nucleation is teached, has been defined. Its behavior has been discussed. It was found that laser induced STZ crystal number depends almost linearly on exposure duration. Moreover, for STZ and GLY, a dependance of laser induced crystal polymorph on laser polarization has been found. Another new index Det(A), has been used for characterization of the impact of the polymorphism. Ab initio quantum computations using Gaussian09, provided an interaction energy estimate for different dimers in different polymorphs of STZ, LGA, GLY, l-histidine (LH) and urea. Packing mode in pre-existing clusters is predicted in agreement with interaction energy determinations. Correlation analysis between packing symmetry and experimental results, shed new light on the Kerr effect hypothesis relative to the impact of laser polarization on polymorphism.