Academic literature on the topic 'Modèle de solvatation'

Onze nouvelles molécules organiques de structure donneurs-espaceur-accepteurs (D-π-A) utilisées pour les cellules solaires organiques (OSC) basées sur la thiénopyrazine et le thiophène ont été étudiées par la théorie de la densité fonctionnelle (DFT) et la théorie de la densité fonctionnelle dépendante de temps DFT (TD-DFT), pour expliquer comment l’ordre de conjugaison influe sur les performances des cellules solaires. Le groupe accepteur d’électrons (ancrage) était composé de 2-cyanoacrylique pour tous les composés, tandis que l’unité donneuse d’électrons était variée et que son influence fut étudiée. Les résultats théoriques ont montré que les calculs TD-DFT, avec une fonction hybride d’échange – corrélation utilisant la méthode d’atténuation de Coulomb (CAM-B3LYP) en conjonction avec un modèle de solvatation à cycle continu polarisable (modèle de continuum polarisable, PCM) combinée avec la base 6-31G(d,p), était raisonnablement capable de prédire les énergies d’excitation, les spectres d’absorption et d’émission des molécules étudiées. Les niveaux d’énergie des orbitales moléculaires frontières (orbitale moléculaire occupée de plus haute énergie (HOMO) et orbitale moléculaire inoccupée de plus basse énergie (LUMO) de ces composés peuvent avoir un effet positif sur le processus d’injection et de régénération d’électrons. La tendance des lacunes calculées HOMO-LUMO se compare bien avec les données spectrales. En outre, les valeurs estimées de photovoltage en circuit ouvert (Voc) pour ces composés ont été présentées. L’étude des propriétés structurelles, électroniques et optiques de ces composés pourrait aider à concevoir des matériaux organiques photovoltaïques fonctionnels plus efficaces.

L'effet hydrophobe est reconnu comme l'un des principaux phénomènes qui guident une protéine lors de son repliement vers sa conformation native en milieu aqueux. Nous nous intéressons aux origines thermodynamiques de l'effet hydrophobe au travers d'une étude théorique comparative des transferts en solution d'acides aminés hydrophobes et d'acides aminés hydrophiles en fonction de la température. Les acides aminés et le solvant sont représentés par un modèle gros grain en deux dimensions. Les valeurs moyennes des grandeurs thermodynamiques associées au transfert en solution des acides aminés et de composés homologues de leur chaîne latérale sont calculées au cours de simulations de type Monte Carlo dans l'ensemble isotherme isobare. On observe un bon accord qualitatif entre les valeurs expérimentales des enthalpies libres d'hydratation des chaînes latérales et les valeurs calculées avec le modèle par intégration thermodynamique. L'étude des différentes contributions thermodynamiques permet de mettre à jour l'importance relative et l'évolution avec la température des effets enthalpiques et entropiques sur les enthalpies libres de transfert. La distribution des molécules d'eau dans l'environnement d'un acide aminé hydrophobe, l'isoleucine, et d'un acide aminé hydrophile, la glutamine, est étudiée en calculant des cartes en deux dimensions en fonction de leur nombre de liaisons hydrogène. Ces cartes permettent en grande partie d'expliquer les différences observées dans la thermodynamique du transfert en solution de l'isoleucine et de la glutamine par les spécificités de leur influence sur la structure du solvant dans leur environnement<br>The hydrophobic effect is one of the major forces that govern protein folding. We study the hydrophobic effect thermodynamical origins towards the transfer into solution of apolar amino acids and of polar amino acids. Their solvation mechanisms are compared with respect to the temperature. The amino acids and the solvent are represented by a coarse grain model in two dimensions. Monte Carlo simulations in the isothermal isobaric ensemble are performed to compute the thermodynamics of transfer of the amino acids and of homologue compounds of their side chains. There is a good qualitative agreement between the experimental data of the solvation free energy of the side chains and their computed values with the model using thermodynamic integration. The study of thermodynamics of transfer gives insight into the importance of the enthalpic and the entropic contributions to the solvation free energy. Two dimensional distribution maps of water molecules are computed around a polar amino acid, the glutamine, and around an apolar amino acid, the isoleucine, with respect to their hydrogen bonds numbers. These maps show the solvent structure in the vicinity of the solutes. The major transfer thermodynamics differences can be explained by the different impacts of the solutes on the solvent structure

Dans la cellule des organismes vivants, le solvant (l'eau) joue un rôle très important dans la stabilisation des structures tridimensionnelles des macromolécules biologiques et lors de leurs interactions. Les méthodes théoriques de simulations de modélisation moléculaire permettent de compléter les informations partielles sur l'hydratation des biomolécules obtenues par les méthodes expérimentales. Nous avons développé un nouveau modèle de solvatation semi-implicite pour représenter le solvant en modélisation moléculaire. Ce modèle décrit le solvant comme des particules microscopiques dont les propriétés diélectriques découlent des lois macroscopiques de l'électrostatique. Nous obtenons ainsi à l'équilibre électrostatique un fluide de particules de Lennard-Jones non polaires, polarisables par le champ électrique créé par le soluté. Ce modèle a l'intérêt de prendre en compte la structure moléculaire du solvant tout en calculant efficacement l'énergie libre électrostatique de solvatation du système. De plus, il est d'un faible coût numérique comparé aux méthodes explicites. Après avoir implémenté notre modèle dans un programme de dynamique moléculaire et l'avoir paramétré de façon simple, nous l'avons appliqué à plusieurs peptides, protéines et acides nucléiques (ADN et ARN de transfert). Les trajectoires de ces simulations sont stables sur une à deux nanosecondes, et les structures obtenues sont tout à fait en accord avec les méthodes expérimentales et les méthodes théoriques de solvatation explicites. Notre modèle permet également de retrouver les sites préférentiels d'hydratation des molécules étudiées identifiés expérimentalement ou théoriquement, malgré l'absence de liaisons hydrogène dans notre solvant. De plus, nous observons de bonnes corrélations entre les énergies libres électrostatiques de solvatation calculées avec notre modèle et celles calculées avec les méthodes de résolution de l'équation de Poisson-Boltzmann, et ces résultats paraissent très encourageants.

Ce mémoire traite d’une étude critique de quatre modèles de déshydratation des composés minéraux et moléculaires (Rouen-96, Galway, Morris, MK3). Les similitudes, les différences, et les cas non traités sont mis en lumière. Les déshydratations et les désolvatations de composés pharmaceutiques (le Rulid, l’acétate de cortisone, l’acétate de dexaméthasone et le lactose) ont été étudiées par différentes techniques physico-chimiques. Cette étude a permis de déterminer les comportements vis-à-vis de la désolvatation, des différents composés. Plusieurs solvates originaux ont servi de base pour procéder à des échanges de solvant. Deux types d’échanges ont été observés : coopératifs et destructifs. Dans un cas extrême d’échange de solvant, des whiskers creux ont été obtenus. Un mécanisme de croissance de ces whiskers est proposé. Enfin dans une dernière partie, les approches (thermodynamique, structurale, physico-chimique) pour étudier une désolvatation y sont rassemblés<br>This study deals with the critical study of four dehydration models of minerals and molecular compounds (Rouen-96, Galway, Morris, MK3). The similarities, differences and forgotten cases were highlighted. The dehydration and desolvation of pharmaceutical compounds (Rulid, cortisone acetate, dexamethasone acetate, lactose) were studied by physico-chemical techniques (X-ray diffraction, thermal analysis, microscopy, etc…). This study has permitted to determine the dehydration behavior of these compounds. Several originals solvates were used to perform solvent exchanges. Two types of exchange mechanisms were observed : cooperative and destructive. In an extreme case, we observed the formation of hollow whiskers. A mechanism of whisker growth was proposed. The last part speaks about the different approaches to study a desolvation phenomenon (thermodynamic, structural, physico-chemical)

La modélisation des propriétés thermodynamiques des solutions d'électrolytes doit tenir compte des spécificités des espèces chargées. Parmi celles-ci, la solvatation des ions par les molécules de solvant a longtemps été négligée. Ce phénomène a pourtant une importante influence sur le comportement des espèces en solution, notamment lorsque l'eau est le solvant. Nous avons donc effectué une étude bibliographique afin de recenser les interactions présentes en solution, ainsi que la façon dont les modèles thermodynamiques prennent celles-ci en compte, particulièrement celles de solvatation. Nous avons ensuite étudié un modèle thermodynamique, basé sur une équation d'état, développé au laboratoire et dont le principal intérêt est son caractère prédictif. À partir de considérations liées à la solvatation (interactions courte portée, rayons solvatés), nous avons réussi à augmenter son domaine de validité. D'une part, les sels d'oxyanions, dont le comportement en solution différent des électrolytes simples, tels que les halogénures d'alcalins, ont pu être précisément modélisé, en prenant en compte les interactions courte portée entre anions et molécules de solvant, auparavant négligées. D'autre part, le développement d'une équation de variation en température des rayons ioniques solvatés a permis d'étendre les capacités prédictives du modèle jusqu'à 473K. À l'occasion de cette extension en température, nous avons pu constater que la déstructuration du solvant par les ions les moins solvatés n'était pas prise en compte par le modèle. Ceci permet d'envisager de nouvelles améliorations de sa précision une fois intégré ce phénomène<br>The modelling of thermodynamic properties of electrolytes solution needs to consider the specificity of charged species. Amongst them, the solvation, of ions by molecules of solvent, have often been disregarded until recently, though this phenomenon have an important effect upon the behaviour of the species in the solution, especially if the solvent is water. Therefore, we carried out a bibliographical study in order to get a better understanding of the interactions in solutions and to see how the model does take into account these effects to represent the thermodynamic properties. Then, we studied a thermodynamic model, based on an equation of state, developed at the laboratory and which main interest is its predictive feature. From these solvation considerations, we managed to extend its validity to a larger range of systems and temperatures. On the one hand, salts containing oxyanions, which behave in solution very differently from simple electrolytes, such as alkaline halides, have been precisely modelled taking into account short-range interactions between anions and solvent molecules that were previously omitted. On the other hand, the use of temperature dependant solvated ionic radii helped us to extend the predictive characteristics of the model up to 473 K. During this particular study, we found that destructuring of the solvent by the less solvated ions was not taken into account by the model. That allows us to expect further improvements, once this phenomenon will be integrated into the model

Cette thèse est consacrée à étudier et à améliorer les modèles mathématiques et les méthodes utilisées pour les modèles de solvatation implicite en chimie quantique. Ce manuscrit est composée de deux parties. Dans la première partie où nous analysons l'interface soluté-solvant, nous donnons, pour la première fois, une caractérisation complète de la surface moléculaire lisse, c'est-à-dire la surface exclue du solvant (SES). À partie de cette caractérisation, nous développons un algorithme de maillage par morceaux pour les surfaces moléculaires différentes, en particulier pour la SES, en utilisant la triangulation à front avançant. De plus, la cavité de la SES (la région entourée par la SES) est une description plus précise de la cavité de soluté. Dans la deuxième partie, nous construisons donc un modèle de continuum polarisable basé (PCM) sur la SES, dans lequel le paramètre de permittivité diélectrique est continu. Le problème électrostatique de ce modèle consiste à résoudre une équation de Poisson définie sur R3. Nous développons ensuite une méthode de Schwarz particulière, où seules les équations locales restreintes à des boules doivent être résolues. Enfin, nous étudions le modèle de solvatation de Poisson-Boltzmann, un autre modèle de solvatation implicite, qui tient compte à la fois de la permittivité diélectrique et de la force ionique du solvant. Une méthode de Schwarz similaire est proposée pour résoudre l'équation de Poisson-Boltzmann associée en résolvant des équations locales restreintes aux boules comme pour le PCM basé sur la SES<br>This thesis is devoted to study and improve the mathematical models and methods used in implicit solvation models in quantum chemistry. The manuscript is composed of two parts. In the first part where we analyze the solute-solvent interface, we give, for the first time, a complete characterization of the so-called “smooth” molecular surface, i.e., the solvent excluded surface (SES). Based on this characterization, we develop a piecewise meshing algorithm for different molecular surfaces, especially the SES, using the advancing-front triangulation. Further, it has been pointed out in the literature that the SES-cavity (the region enclosed by the SES) is a more accurate description of the solute cavity. In the second part, we therefore construct an SES-based polarizable continuum model (PCM), in which the dielectric permittivity parameter is continuous. The electrostatic problem of this model involves solving a Poisson equation defined in R3. We then develop a particular Schwarz domain decomposition method where only local equations restricted to balls need to be solved. Finally, the Poisson-Boltzmann solvation model, another implicit solvation model, is also investigated, which takes into account both the dielectric permittivity and the ionic strength of the solvent. A similar Schwarz domain decomposition method is proposed to solve the associated Poisson-Boltzmann equation by solving local equations restricted to balls as it is for the SES-based PCM

Les concepts de surfaces de Van der Waals et accessibles au solvant sont définis ainsi que les techniques courantes de calcul, en présentant la nouvelle méthode développée dans ce travail. Des points, appelés sondes, sont placés autour de chaque noyau atomique par des constructions vectorielles spécifiques, qui dépendent de l'hybridation et du nombre de ligands. Des équivalents de surface sont associés aux sondes. Une fonction de la distance permet de calculer un facteur d'occlusion traduisant le degré de recouvrement des surfaces en fonction des sphères atomiques voisines. On montre que le produit des facteurs d'occlusion équivaut à un traitement probabiliste du calcul de la surface exposée d'un atome. Pour chaque étape géométrique et analytique, un paramètre est introduit pour ajuster au mieux le modèle aux surfaces exactes calculées avec un programme de référence, pour une bibliothèque de molécules représentatives. On établit la dérivée première par rapport à chacune des directions de l'espace moléculaire pour toute relation mathématique intervenant dans le modèle. En combinant les surfaces analytiques et des descripteurs structuraux, on propose en modèle pour le calcul des enthalpies libres d'hydratation de la phase gazeuse à une solution aqueuse diluée, de petites molécules organiques. Un autre ajustage des paramètres permet d'adapter ce modèle au calcul des coefficients de partage octanol/eau et des enthalpies libres de solvatation dans l'octanol. Le grand nombre de coefficients de partage expérimentaux permet d'améliorer le modèle, et de rechercher des jeux de paramètres extensifs pour une meilleure modélisation de la solvatation dans des solvants polaires ou non polaires

De nos jours, remplacer les solvants organiques utilisés traditionnellement dans l'industrie chimique par une nouvelle génération de solvants moins toxique, moins inflammable et moins polluante est un défi considérable. Les liquides ioniques, sels liquides qui satisfont ces critères, sont envisagés comme alternatives. Le but de ce travail est d'étudier le comportement des liquides ioniques en présence de composés organiques ou de gaz afin d'établir leur domaine d'applications dans le génie des procédés.Dans un premier temps, une étude chromatographique présente les interactions entre composés organiques et les liquides ioniques. Les données de rétention ont permis d'estimer la sélectivité à dilution infinie de plusieurs liquides ioniques pour différents problèmes de séparation. Un modèle de solvatation &lt;&gt; a été développé afin de prédire les coefficients de partage de solutés dans des liquides ioniques classiques et fonctionnalisés. Ensuite, l'étude des équilibres liquide-liquide de systèmes ternaires ont permis d'évaluer l'efficacité de trois liquides ioniques pour trois problèmes de séparation fréquemment rencontrés dans l'industrie chimique (extraction des composés aromatiques, du thiophène ou des alcools linéaires). Les valeurs des sélectivités et des coefficients de distribution élevées indiquent que les liquides ioniques étudiés peuvent remplacer les solvants traditionnels. Enfin, les performances des liquides ioniques pour la capture des gaz à effet de serre sont évaluées grâce à des mesures de solubilités du dioxyde de carbone et du protoxyde d'azote dans les liquides ioniques sous hautes pressions. Les données expérimentales ont été utilisées afin d'étendre le modèle PPR78 (Predictive 1978, Peng-Robinson equation of state) aux systèmes {CO2+ liquide ionique}<br>Nowadays, replacement of conventional organic solvents by a new generation of solvents less toxic, less flammable and less polluting is a major challenge for the chemical industry. Ionic liquids have been widely promoted as interesting substitutes for traditional solvents. The aim of this work is to study the behavior of ionic liquids with organic compounds or gases in order to determine their range of applications in process engineering.First, interactions between organic compounds and ionic liquids are studied using inverse gas chromatography. The activity coefficients at infinite dilution are used to calculate capacity and selectivity of different ionic liquids for different separation problems. A solvation model &lt;&gt; is proposed in order to estimate the gas-to-ionic liquid partition coefficients in alkyl or functionalized ionic liquids. Then, liquid-liquid equilibria measurements of ternary systems were carried out in order to evaluate the efficiency of three ionic liquids for three separation problems frequently encountered in chemical industry (extraction of aromatic compounds, thiophene or linear alcohols). The high values of distribution coefficients and selectivities indicate that the investigated ionic liquids could replace the traditional solvents. Finally, the performance of ionic liquids for greenhouse gases capture was examinated through solubility measurements of carbon dioxide and nitrous oxide in ionic liquids at high pressure. The experimental data is used in order to extend the model PPR78 (Predictive 1978, Peng-Robinson equation of state) to systems containing {CO2+ ionic liquid}

La vectorisation et la libération contrôlée de molécules bioactives représentent un des enjeux thérapeutiques actuels. L'utilisation de particules colloi͏̈dales permet une plus grande spécifité d'action des molécules médicamenteuses, de diminuer leur toxicité potentielle, tout en les protégeant de la dégradation et en leur offrant une meilleure pénétration intracellulaire. Ces particules colloi͏̈dales peuvent être à base de polymères, ce qui leur confère une plus grande stabilité et plus de résistance dans l'organisme. C'est ainsi que les polymères et oligomères dégradables à base de méthylidène malonate ont été développés et sont particulièrement intéressants de part leur faible toxicité. L'utilisation potentielle de ces produits a conduit à initialiser une étude par modélisation moléculaire. Parmi les méthodes de modélisation que nous avons employées, celle qui semble la plus adaptée à l'étude des composés du type PMM 2. 1. 2 est la dynamique moléculaire avec une solvatation explicite. Malgré les temps de calculs importants que nécessite cette méthode, c'est celle qui conduit à des résultats les plus stables et donc plus significatifs.