Karima Mansouri | Université 8 Mai 1945 Guelma

The growing interest in host-guest complexes is related to the diversity of cavitans macrocycles (Cyclodextrins, Cucurbit [n] urils, Calix [n] arenes ... ..) with structural properties conferring on them the ability to complex a large variety of molecules. The objective of this encapsulation is the modification of the physicochemical properties of these guest molecules, particularly aqueous solubility and stability in solution. This is used for diverse applications in fields such as analytical chemistry, the food industry, agrochemicals, cosmetics and especially pharmaceuticals.

Let us note that the intermolecular, non-binding interactions in these inclusion complexes represent a fundamental aspect of supramolecular chemistry whose understanding is essential for the design of materials and the good assimilation of the mechanisms involved in the selective formation of complexes.

In this thesis, the goal is to invest and explore in a very detailed way, some supramolecular complexes through quantum chemistry methods. Based on limited experimental results, we aim to provide additional information on the structural geometry of the assemblies obtained from molecular docking simulations. The complexing properties of different potential hosts in different environments will be studied. The electronic properties, the reactivity descriptors as well as the spectral results obtained by TD-DFT will be analyzed. Our investigations will focus in depth, studying the stabilizing forces of each complex, using two powerful approaches:

• Natural Binding Orbitals (NBO) analysis based on second-order perturbation theory to explain charge transfer, electronic delocalization, and quantify intermolecular interactions;

• The quantum molecule quantum theory (QTAIM) analysis that characterizes chemical binding in the system based on a topological approach to charge density. It makes it possible to identify the nature of the intermolecular interactions, to classify them particularly hydrogen bonds and to locate the sites of interaction.

Abstract (Ar)

Abstract (Ar):

يرتبط الاهتمام المتزايد بمجمعات الضيف بتنوع الدراجات الكافيتية الكبيرةCyclodextrins) ، Cucurbit [n] urils ، Calix [n] arenes مع خصائص هيكلية تمنحهم القدرة على تعقيد مجموعة كبيرة ومتنوعة من الجزيئات. الهدف من هذا التغليف هو تعديل الخواص الفيزيائية والكيميائية لجزيئات الضيف هذه ، وخاصة الذوبان المائي والثبات في المحلول. يستخدم هذا في تطبيقات متنوعة في مجالات مثل الكيمياء التحليلية ، وصناعة المواد الغذائية ، والكيماويات الزراعية ، ومستحضرات التجميل ، وخاصة الأدوية.

دعونا نلاحظ أن التفاعلات بين الجزيئات غير الملزمة في معقدات التضمين هذه تمثل جانبًا أساسيًا للكيمياء فوق الجزيئية التي يكون فهمها ضروريًا لتصميم المواد والاستيعاب الجيد للآليات التي ينطوي عليها التكوين الانتقائي للمجمعات.

في هذه الأطروحة ، يتمثل الهدف في الاستثمار والاستكشاف بطريقة مفصلة للغاية ، وبعض المجمعات الجزيئية من خلال أساليب الكيمياء الكمومية. استنادًا إلى نتائج تجريبية محدودة ، نهدف إلى تقديم معلومات إضافية حول الهندسة الإنشائية للتجمعات التي تم الحصول عليها من عمليات محاكاة الالتحام الجزيئي. ستتم دراسة الخصائص المعقدة للمضيفات المحتملة المختلفة في بيئات مختلفة. الخواص الإلكترونية ، واصفات التفاعل وكذلك النتائج الطيفية التي حصل عليها TD-DFT سيتم تحليلها. ستركز تحقيقاتنا بتعمق ، ودراسة قوى الاستقرار لكل مجمع ، باستخدام نهجين قويين:

• تحليل المدارات الملزمة الطبيعية (NBO) المستندة إلى نظرية الاضطراب من الدرجة الثانية لشرح نقل الشحنة ، وإلغاء تحديد الاتجاه الإلكتروني ، وقياس التفاعلات بين الجزيئات ؛

• تحليل نظرية جزيء الكم (QTAIM) الذي يصف الارتباط الكيميائي في النظام على أساس النهج الطوبولوجي لكثافة الشحن. يجعل من الممكن تحديد طبيعة التفاعلات بين الجزيئات ، وتصنيفها بشكل خاص روابط الهيدروجين وتحديد مواقع التفاعل

Abstract (Fr)

Abstract (Fr):

L’intérêt croissant aux complexes de type Hôte-invité est lié à la diversité des macrocycles cavitands (Cyclodextrines, Cucurbit[n]urils, Calix[n]arènes…..) aux propriétés structurales leur conférant l’aptitude à complexer une grande variété de molécules. L’objectif de cette encapsulation est la modification des propriétés physico-chimiques de ces molécules invitées, particulièrement la solubilité aqueuse et la stabilité en solution. Ceci est mis à profit pour des applications diversifiées dans des domaines, tel que la chimie analytique, l’industrie alimentaire, agrochimique, cosmétique et surtout pharmaceutique.

Notons que les interactions intermoléculaires, non liantes dans ces complexes d’inclusion représentent un aspect fondamental de la chimie supramoléculaire dont la compréhension est essentielle pour la conception de matériaux et la bonne assimilation des mécanismes impliqués lors de la formation sélective des complexes.

Justement, dans cette thèse, on s’est fixé comme objectif d’investir et d’explorer de façon très détaillée, quelques complexes supramoléculaires par le biais des méthodes de chimie quantique. Se basant sur des résultats expérimentaux limités, on vise à fournir des informations complémentaires sur la géométrie structurale des assemblages obtenus à partir de simulations de docking moléculaires. Les propriétés complexantes de différentes hôtes potentielles, dans différents milieux seront étudiées. Les propriétés électroniques, les descripteurs de réactivité ainsi que les résultats spectraux obtenus par TD-DFT seront analysés. Nos investigations focaliseront de façon approfondie, l’étude des forces stabilisantes de chacun des complexes, par utilisation de deux puissantes approches :

L’analyse des orbitales naturelles liantes (NBO) qui se base sur la théorie de perturbation de second ordre afin d’expliquer le transfert de charge, la délocalisation électronique et quantifier ces interactions intermoléculaires ;
L’analyse par le biais de la théorie quantique des atomes dans les molécules (QTAIM) qui caractérise la liaison chimique dans le système en se basant sur une approche topologique de la densité de charge. Elle permet d’identifier la nature des interactions intermoléculaires, de les classer particulièrement les liaisons hydrogène et de repérer les sites d’interaction.

Scientific publications

Scientific publications :

Scientific publications

Scientific conferences

Scientific conferences:

Scientific conferences