Etudes expérimentales et numériques de formes amorphes de lactulose obtenues par différentes voies

Investigations from experiments and simulations of amorphous forms of lactulose obtained by different routes

• Auteur / Autrice : Frédéric Ngono Mebenga
• Direction : Frédéric Affouard, Jean-François Willart, Gabriel Julio Cuello, Monica Jimenez-Ruiz
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique et science des matériaux
• Date : Soutenance le 18/12/2017
• Etablissement(s) : Lille 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la matière, du rayonnement et de l'environnement (Villeneuve d'Ascq, Nord)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : UMET - Unité Matériaux et Transformations - Institut Max von Laue-Paul Langevin (Grenoble)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Neutrons -- Diffusion

Analyse thermique

Dynamique moléculaire

Lactulose

Transition vitreuse

Poudres (pharmacie)

Amorphisation

Mots clés libres

Tautomérisation

Résumé

Dans cette thèse, nous avons étudié l'influence de la voie d'amorphisation sur les propriétés physiques et chimiques du lactulose. Ce sucre présente la caractéristique de pouvoir exister sous plusieurs formes tautomériques différentes. Quatre voies d'amorphisation très différentes dans leur principe ont été étudiées: la trempe du liquide, la lyophilisation, l'atomisation et le broyage mécanique. Les résultats indiquent que la voie d'amorphisation utilisée a une répercussion directe sur la composition tautomérique du matériau. L'influence de cette composition sur la transition vitreuse du matériau amorphe a été étudiée en détail. De plus les différences structurales potentielles engendrés par les différentes voies d'amorphisation ont été étudiées à la fois par diffusion neutronique et par simulation (dynamique moléculaire). Les résultats indiquent l'existence d'une structure locale ordonnée particulière dans l’amorphe obtenu par atomisation qui semble pouvoir expliquer le degré de stabilité plus élevé de l'amorphe obtenu par cette voie. Par ailleurs, la cinétique d'amorphisation induite directement à l'état solide par d'un broyage mécanique à haute énergie a pu être caractérisée en détail. Cela a nécessité l'utilisation d'une méthode originale de calorimétrie de dissolution isotherme.

In this thesis, we have investigated the influence of the amorphisation route on the physical and chemical properties of lactulose. This sugar has the characteristic of being able to exist in several different tautomeric forms. Four amorphisation routes very different in their principle have been studied: quenching from the melt, freeze-drying, spray-drying and mechanical milling. The results indicate that the amorphisation route used has a direct effect on the tautomeric composition of the material. The influence of this composition on the glass transition of the amorphous material has been studied in detail. Moreover, the eventual structural differences generated by the various amorphisation routes have been studied both by neutron scattering and by simulation (molecular dynamics). The results indicate the existence of a particular locally ordered structure in the amorphous material obtained by spray-drying which seems to be able to explain the higher degree of stability of the amorphous material obtained by this route. Furthermore, the amorphisation kinetic induced directly in the solid state by a high energy mechanical milling has been characterised in detail. This has required the use of an original method of isothermal calorimetry of dissolution.