Th.--Sci.--Nancy--INPL, 1992. / Bibliogr. p. 159-164. Résumé en anglais et en français.

L'objectif de ce travail est de caractériser par des méthodes de chimie quantique de haute qualité les processus réactionnels impliquant H, CO, H2CO, H3COH et H2O à la surface des grains interstellaires. En effet, H2CO et H3COH sont parmi les molécules organiques les plus abondantes dans les nuages moléculaires interstellaires. Il s’agit de la première étude décrivant les étapes conduisant au méthanol par hydrogénations successives de CO. En phase gazeuse, les méthodes multi-références ont été employées. Les calculs montrent que certaines étapes cruciales de la synthèse (formation de HCO) mettent en jeu des barrières d'activation significatives dans les conditions interstellaires. L’effet tunnel a aussi été pris en compte. Les mêmes réactions ont ensuite été étudiées sur des agrégats d'eau ou de CO. Ceux-ci ont été choisis comme surfaces modèles pour les grains interstellaires. Compte-tenu de la taille du système, les calculs ont été menés en utilisant la théorie DFT et la méthode MP2. Pour la formation de HCO, la présence d'un agrégat ne modifie pas l'énergie d'activation. En revanche, pour la formation de COH et H3CO, l'énergie d'activation est réduite et l'endo/exothermicité change. L'isomérisation HCOH-H2CO devient possible dans des agrégats d'eau. Ces résultats indiquent que l'état de surface et le flux d'atomes H peuvent avoir une influence notable, ouvrant d'autres voies non envisageables en phase gazeuse. Enfin, ces résultats seront intégrés dans le modèle astrophysique GRAINOBLE, ce qui permettra de tenir compte des différents intermédiaires qui pourraient potentiellement participer à la synthèse de ces deux molécules ainsi que d’autres plus complexes. / Throughout this work high level quantum chemistry methods have been used to investigate reactive processes involving: H, D, CO, H2CO, H3COH and H2O at model interstellar grains surfaces. This study has mainly focused upon the formation of the two most abundant Complex Organic Molecules (COMS), H2CO and H3COH. For the first time, all of the hydrogenation steps have been considered and treated with reliable methods in the gas phase, and in particular making use of multi-reference approaches such as MRCI+Q and MRMP2. Following the characterization of all the reactions in the gas phase, the same processes have been investigated within small molecular clusters using various density functionals and MP2. This was done as a preliminary attempt to model the icy grain mantles of interstellar dust grains. For some of the steps, such as the formation of HCO, the activation energy does not vary significantly between the gas phase and the clusters. In contrast, for other processes, such as the formation of COH, and H3CO, the activation energy is lowered and the exothermicity/endothermicity of the reaction changes. In addition, the isomerizations of some species, as for instance HCOH to H2CO, are also strongly affected by the presence of water. From the cluster calculations, we conclude that the arrangement of the surface molecules and the H flux may have a significant influence on the chemical routes leading to H2CO and H3COH. Finally, we have also discussed how these results may be incorporated into astrophysical models, as our results suggest that the current route, that is considered, may not include all of the possible steps which may contribute to the actual formation of these COMs.

Ce projet de thèse expérimentale vise à étudier l'interaction d'une détonation se propageant dans une atmosphère gazeuse réactive ensemencée d'un spray d'eau, au sein d'un tube vertical de 4 m de haut ayant une section carré de 52 mm de côté. Le dispositif permet de mesurer les célérités de propagation de la détonation et les niveaux de pression associée, ainsi que d'analyser la structure cellulaire. La caractérisation du spray d'eau par la méthode PDI a permis d'évaluer le diamètre moyen des gouttelettes à 10 μm. Les densités apparentes de spray peuvent atteindre 200 à 250 g/m³.La première étude a consisté à faire varier la dilution Z en argon de 3 à 28, ainsi que la quantité X d'eau injectée (YH2O pouvant atteindre 15%), dans des mélanges de types C2H4-O2-Zar-XH2O(l). Cette étude a permis de faire varier les longueurs caractéristiques de la détonation par rapport à celles du spray. Deux comportements très différents ont été mis en évidence, suivant la taille plus petite (premier comportement) ou plus grande (deuxième comportement) de la longueur d’induction chimique par rapport à celle de l’atomisation secondaire des gouttelettes, dans les conditions de détonation. Ainsi dans le cas idéal où l’épaisseur hydrodynamique – distance moyenne entre le choc et la surface sonique – englobe l’ensemble des interactions diphasiques, la célérité de détonation sera celle de Chapman-Jouguet diphasique, inférieure au cas purement gazeux. De plus dans le cas du premier comportement, la vapeur issue de la phase dispersée ne participera pas l'agrandissement de la structure cellulaire, a contrario du second.Afin de préciser le mécanisme responsable du deuxième comportement, la seconde étude s'est quant à elle attachée à l'analyse de l'influence du spray par rapport à la régularité de la structure cellulaire de la détonation. Deux mélanges sont ainsi considérés, générant une détonation à structure régulière (C2H4-O2-28Ar-XH2O(l)) ou irrégulière (C2H4-O2-11.286N2-XH2O(l)). Cette étude a confirmé que dans cette configuration, la vapeur d’eau issue de la phase dispersée liquide participe alors à l'agrandissement de la structure cellulaire. Elle a également permis de montrer la plus grande résilience des détonations irrégulières par rapport aux détonations régulières vis-à-vis des pertes pariétales. Il a également été constaté que la perte de régularité de la structure cellulaire liée à l'ajout d'eau est associée à l'augmentation de l'énergie d'activation réduite Ea/RTvn et du facteur de stabilité, expliquant par ailleurs l'apparition d'une sous-structure cellulaire, semblable à celle observée dans les détonations initialement irrégulières. La vapeur d’eau ainsi produite par l’évaporation du spray agit alors comme un diluant inerte en aval du choc incident. / The interaction between a gaseous detonation and a water spray was experimentally studied in a 4 m high vertical detonation tube with a 52 mm by 52 mm square section. Detonation pressure signals, average velocity and cellular patterns were recorded.The spray, produced by an ultrasonic generator and injected at the bottom of the tube, was characterized by the Phase Doppler Interferometry (PDI) method. The spray analysis revealed an average droplet diameter of10 μm with Liquid Water Content (LWC) up to 200-250 g/m3. The first study compared the detonation and spray lengths in stoichiometric CzH4-02-Ar-H20(l) mixtures for argon dilution ranging from 3 to 28 and water mass fraction up to Y ttzo 15%. Two distinct behaviors were revealed, driven by the length of the induction zone compared to the secondary breakup length of the spray droplets. It is found that in the ideal case where the hydrodynamic thickness (representing the average length between the shock and the sonic surface) encompass the endothermic multiphase processes, the experimental detonation velocity is equivalent to the Ideal Chapman Jouguet multiphase velocity, which is lower than the ideal detonation velocity in a dry mixture. Moreover, when the induction length is shorter than the secondary breakup length, the water vapor produced by the droplets breakup is not involved in the cellular structure enlargement.The second study highlighted the influence of the water spray on the cellular structure regularity, by using mixtures of CzH.-02-28Ar-H20(l) and C2H.-02-N2-H20(l) with various equivalence ratio. The experiments show that irregular detonations are more resilient compared to regular ones. Moreover the loss of the detonation regularity generated by the water spray addition and the increase in both the reduced activation energy Ea/RTvn and the stability factor are responsible for the sub-structure generation, similar as the one observed in initially irregular detonation. Furthermore, ZND computations indicated that water mainly 5played a thermal role by diluting the reactive gaseous mixture and seemed to have a limited impact on the kinetic nrocesses.

Les stimulants de type amphétaminique (STA) et la méthadone sont des drogues chirales dont les énantiomères possèdent des propriétés pharmacologiques différentes. Ainsi, la détermination des rapports énantiomériques de ces substances peut s’avérer utile dans l’interprétation d’examens toxicologiques dans un contexte clinique et médico-légal. Les STA ont été dosés dans les cheveux en utilisant un nouvel agent de dérivation chiral, le chlorure de (2S,4R)-4-heptafluorobutoyloxy-N-heptafluorobutyryl-prolyle. Les diastéréoisomères ont été séparés et quantifiés par chromatographie en phase gazeuse couplée à un spectromètre de masse en mode d’ionisation chimique négative. Les limites de détection ont nettement été améliorées par rapport à d’autres méthodes. Les rapports R/S des STA les plus courants ont été calculés dans les cheveux de consommateurs connus. Les expériences ont permis de montrer que le mécanisme d’incorporation des STA dans les cheveux n’était pas énantiosélectif et que les rapports R/S restaient stables le long d’une mèche. La quantification énantiosélective de la méthadone (MTD) et de son métabolite principal, l’EDDP dans la salive a été étudiée par électrophorèse capillaire (EC), en utilisant la cyclodextrine ? hautement sulfatée comme sélecteur chiral. Les résultats ont montré une prépondérance de la (R)-MTD et de la (S)-EDDP dans la salive. Finalement, les simulations par ordinateur ont montré que la modélisation moléculaire est un outil supplémentaire permettant de prévoir l’ordre de migration des énantiomères des STA, de la MTD ou de l’EDDP, séparés par des cyclodextrines en EC. / The amphetamine-type stimulants (ATS) and methadone (MTD) are chiral drugs of abuse, whose enantiomers present different pharmacological properties. Thus, the determination of the R/S ratios of these analytes could be helpful for the interpretation of toxicological results in clinical and forensic cases. The enantiomers of ATS extracted from the hair matrix have been quantified by gas chromatography-mass spectrometry using a new chiral derivatization agent, (2S,4R)-N-heptafluorobutyryl-(4-heptafluorobutoyloxy)-prolyl chloride. The method showed excellent limits of detection compared to former studies. This study permitted us to determine the enantiomeric ratios of the ATS in hair. The results pointed out that the incorporation mechanism of ATS into hair matrix seems not to be enantioselective. Furthermore, the R/S ratios remained relatively stable along hair shafts. The enantioselective quantification of methadone and its primary metabolite EDDP in oral fluid was studied using capillary electrophoresis (CE). Separations were obtained using highly sulphated ?-cyclodextrins as chiral selectors. A predominance of (R)-MTD and (S)-EDDP were observed in oral fluid. Finally, computational simulations showed that molecular modelling is an additional tool for the prevision of the migration order of enantiomers such as ATS, MTD or EDDP separated by CE using cyclodextrins as chiral selectors.

Reproduction de : Thèse de doctorat : Génie des procédés : Toulouse, INPT : 2004. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. 171 réf.

Reproduction de : Thèse d'État : Chimie analytique : Metz : 1986. / Titre provenant de l'écran-titre. Notes bibliogr.

Th.--Chim. phys.--Nancy--I.N.P.L., 1985.

Th. 3e cycle--Sci. des matér.--Toulouse--I.N.P., 1982. N°: 137.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

L'héparine (Hp) est un polysaccharide sulfaté appartenant à la famille des glycosaminoglycanes (GAGs), et est constitué d'unités de répétition disaccharidiques composées d’un acide hexauronique lié par une liaison α1→4 à un résidu hexosamine. La sulfatation de ce polysaccharide peut avoir lieu sur les positions 6-O ou N du glucosamine, mais également sur la position 2-O de l'acide hexauronique. En général, les GAGs sont O-liés aux chaînes latérales des protéoglycanes, et sont associés à un nombre important d'activités physiologiques, généralement reliées à leur interaction avec diverses protéines. Dans certains cas, cette interaction peut-être influencée par la liaison à ces complexes Hp/protéine d'ions métalliques naturels. Ceux-ci influencent l'affinité, la spécificité et la stabilité de ces complexes. En dépit de sa pertinence, le mécanisme par lequel un cation métallique module l'activité de l'héparine au sein des complexes Hp-protéine, reste largement méconnu.Un éventail de stratégies et d'outils ont été développés afin de faciliter la détermination des structures primaires des biomolécules par spectrométrie de masse en tandem (MS/MS). En effet, la caractérisation structurale de l'héparine sulfatée et de ses complexes métalliques a été soutenue par le développement de techniques de spectrométrie de masse. Dans certains cas, il a été observé que lors de l'activation par dissociation induite par collision (CID), certains de ces isomères d'héparine partageaient à peu près les mêmes schémas de fragmentation, compliquant de ce fait le processus d'identification de ces composés. Néanmoins, des études réalisées au LAMBE ont montré que la réactivité en phase gazeuse des ions métalliques pouvait aider à la différenciation d'isomères saccharidiques. Ces études peuvent être utiles non seulement du point de vue purement analytique, mais également parce que le comportement différent des isomères envers un métal donnée conduit à informations sur le processus d'interaction Hp/Métal mis en jeu. Cela peut s’avérer important pour interpréter les mécanismes biologiques mentionnées auparavant.Dugourd et al ont récemment rapporté les spectres optiques et les motifs de photodissociation de différents oligosaccharides sous irradiation UV. En terme de chemins de fragmentation, il a été observé que les spectres de photodissociation Ultraviolet (UVPD) apparaissaient être plus informatifs que la CID en raison de clivages à travers les cycles supplémentaires, qui fournissent une information sur la position du groupe sulfate. Le spectre optique des disaccharides sulfatés est caractérisé par une bande large et intense centrée vers 240 nm. Suite à ces résultats, nous nous sommes intéressés au couplage de la spectroscopie optique et des calculs théoriques pour les disaccharides d'héparine, et avons employé la spectroscopie UVPD afin d’obtenir des informations complémentaires sur les interactions de ces sucres avec les métaux.Comme décrit auparavant, les processus CID représentent un outil très précieux pour la caractérisation structurale des biomolécules. Motivés par des travaux antérieurs publiés par W. Hase et K. Song, nous avons collaboré avec les groupe de R. Spezia et T. Riera afin de parvenir à une meilleure compréhension du processus MS/MS des sucres et des peptides protonés. Les mécanismes CID de modèles simples, N-Formylalanylamide (HCO-Ala-NH2) et Galactose-6-Sulfate, ont été étudiés par des simulations de dynamique moléculaire QM+MM et des expériences MS/MS. Les objectifs de cette thèse étaient les suivants: i) explorer la possibilité d'utiliser le calcium métallique à des fins analytiques ii) fournir de nouvelles données sur la nature de l’interaction Hp/Ca2+ en utilisant une stratégie multi-approches combinant plusieurs techniques expérimentales et de calculs quantiques iii) étudier le processus CID de différents systèmes par des simulations de dynamique moléculaire. / Heparin (Hp) is a sulfated polysaccharide composed of repeating dissacharide units of hexauronic acid linked (α1→4) to an hexosamine residue that belongs to the family of glycosaminoglycans (GAGs). Sulfation can occur at the 6-O and/or N-positions of the gluscosamine, as well as the 2-O position of the hexauronic acid. GAGs usually exist as the O-linked side-chains of proteoglycans, associated with numerous important physiological activities, generally related to their interaction with diverse proteins. In some cases, this interaction can be influenced by the binding of natural metal ions to these Hp/protein complexes. Their role is usually pertained to the affinity, specificity and stability of these complexes. Despite its relevance, the mechanism by which the cation modulates heparin activity in Hp-protein complexes is largely unknown. A range of strategies and tools has been developed to facilitate the determination of primary structures of analyte molecules of interest via tandem mass spectrometry (MS/MS). In fact, structural characterization of heparin sulfated and its metal complexes has been sustained by the development of mass spectrometry techniques. In some cases, it was observed that upon collision-induced dissociation (CID) activation, some of these heparin-like isomers share nearly the same fragmentation patterns, turning the identification process into a complicated step. Nevertheless, a few years ago, our group showed that the gas-phase reactivity of metal ions can shed light into differentiating isomeric saccharides. These studies can be useful for two reasons: just for purely analytical purposes and also because the different behavior of the isomers towards the metal gives information about the Hp/Metal interaction. This might be important to explain the biological considerations mentioned before. Moreover, Dugourd et al recently reported the optical spectra and photodissociation patterns of different Hp oligosaccharides under UV irradiation. In terms of fragmentation pathways, it was observed that Ultraviolet photodissociation (UVPD) spectra appear to be more informative than CID due to additional cross-ring cleavages that provide information about the sulfate group location. Remarkably, the optical spectrum is characterized by an intense broad band centered at 240 nm for sulfated disaccharides. Following these findings, we became interested in coupling optical spectroscopy and theoretical calculations in heparin disaccharides and developing an alternative strategy to characterize these metal interactions. As described before, CID processes are commonly used in several fields and represent a very valuable tool in protein or carbohydrate characterization. Motivated by previous work published by W. Hase and K. Song, we collaborated with R.Spezia and T. Riera’s group in order to achieve a better understanding of the MS/MS process of protonated peptides and sugars. CID mechanisms of simple models, N-Formylalanylamide (HCO-Ala-NH2) and Galactose-6-Sulfate, were studied by QM+MM chemical dynamics simulations and MS/MS experiments.