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Stage M2R Chimie Théorique
PHOTOREACTIVITE DES COMPLEXES DE RUTHENIUM SUR UNE BASE DE L'ADN
Jean-Pierre GARCIA
Stage effectué au laboratoire LCPQ (IRSAMC) Maîtres de stage : Fabienne Alary – Jean-Louis Heully
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Introduction
Importance de ces complexes en photothérapie cancereuse – Inhibition de la super oxyde dismutase (SOD).
Complexes polypyridilliques photoactifs Ru(LL) 32+ qui
peuvent couper l’ADN. Ces mécanismes sont connus expérimentalement,
mais très peu étudiés théoriquement. Comprendre le mécanisme d'interaction entre le
complexe photoactivé (Ru(TAP)32+) et la guanine (G).
Test un avec complexe modèle simple pour étudier la réaction.
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L'état 3MLCT* des complexes Ru(LL)32+
Exemple du Ru(bpy)32+ (tris-(2,2’-bypyridine)
ruthénium II) Dans un état MLCT, il y a transfert
d’un électron du métal vers un ligand
1. Excitation lumineuse du complexe.
2. Passage de l’état fondamental (EF)
à l’état1MLCT.
3. Relaxation non radiative vers l’état
3MLCT.
L’état 3MLCT porte la photoréactivité.
Très longue durée de vie.
* Metal to Ligand Charge Transfert
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La réaction
3
22
3
h
MLCTRu TAP Ru TAP
3
2
2MLCTRu TAP G Ru TAP TAP G
2
2 2
HRu TAP TAP Ru TAP TAPH
2 2
23 2Ru TAP G Ru TAP TAP G H
HG G
2 2
22 2Ru TAP TAPH G H Ru TAP TAP GH
2 2
2 22 2Ru TAP TAP GH Ru TAP TAP G H
Mécanisme Proposé par Jacquet et al.[1]
TAP = 1,4,5,8-tétraazaphénanthrène
[1] L. Jacquet, J.M. Kelly and A. Krisch-DeMesmaeker, J. Chem. Soc. Commun, 913-914, 1995.
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La réaction
Les deux adduits probables [1,2] déterminés par RMN :
2 2
23 2Ru TAP G Ru TAP TAP G H
[2] M. Luhmer, J.F. Constant, E. Defrancq, P. Dumy, A. Van DOrsselaer, C. Moucheron, A. Krisch-DeMesmaeker, R. Blasius and H. Nierengarten, Chem. Eur. J., 11, 1507-1517, 2005.
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La réaction
L’étape de réaromatisation :
2 2
23 2Ru TAP G Ru TAP TAP G H
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Les Indices de RéactivitéEst-ce que les chimistes théoriciens ont des outils pour prédire la réactivité des molécule ? [3,4]
Attaque électrophile (E+) : Attaque nucléophile (Nu-) :Attaque radicalaire (R°) :
Base de Lewis : indice f +(r) important sur l’atome accepteur d’électrons.Acide de Lewis : indice f -(r) important sur l’atome donneur d’électrons.
N N Nf r r r
N N Nf r r r
0 1
2f r f r f r
[3] R. G. Pearson, Inorg. Chem., 27, 734-740, 1987.
[4] F. Gilardone, J. Weber, H. Chermette and T.R. Ward, J. Phys. Chem. A., 102(20), 583-589, 1998.
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Protocoles de calcul
Indices de réactivité (Fukui) StoBe deMon Fonctionnelle PW86-P86 Bases DVPZ (H, N, C, O) Perturbation ||=0.01
Optimisations de géométries – Calculs d’énergie : NWChem Fonctionnelle B3LYP Bases Ahlrichs pVDZ (H, Li, N, C, O) et SBKJC_VDZ_ECP
(Ru)
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Protocoles de calcul
Calculs vibrationnels
NWChem et GAMESS US
Fonctionnelle B3LYP
Bases Ahlrichs pVDZ (H, Li, N, C, O) et SBKJC_VDZ_ECP (Ru)
Tous nos états sont des minima sur la surface d’énergie potentielle.
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Appréhension de la réactivité
• Cas du TAP :
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Appréhension de la réactivité
• Cas de la Guanine:
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Modélisation de la réaction
Utilité du modèle : Appréhension de la fixation de la guanine sur notre
complexe. Les temps de calculs sont très importants sur de
grands systèmes.
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Modélisation de la réaction
Avons-nous le transfert d’un électron sur le ligand TAP dans le complexe Li(TAP) ?
OUI ! Une analyse des charges de Mulliken sur le complexe Li(TAP) nous montre que le lithium perd « 0.65 électron ».
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Modélisation de la réaction
Li TAP G Li TAP G
HLi TAP Li TAPH
HG G
2Li TAPH G H Li TAP GH
2 2Li TAP GH Li TAP G H
Transposition du mécanisme de Jacquets et al à notre modèle.
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Modélisation de la réaction
Diagramme d’énergie de formation des deux adduits
Li(TAP-G) 1 Li(TAP-G) 2
rH°(kJ.mol-1) -18.78 5.12
rH°(kJ.mol-1) 39.58 44.60
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Etude de la réaction
Diagramme d’énergie de formation des deux adduits
Ru(TAP)2(TAP-G)2+ 1 Ru(TAP)2(TAP-G)2+ 2
rH°(kJ.mol-1) -431.05 -503.25
rH°(kJ.mol-1) 40.56 57.93
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Comparaison des géométries
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Comparaison des géométries
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Conclusion
Indices de Fukui : Indices difficiles à maitriser, mais prometteurs.
Dans le cas de l’adduit 1, défaillance du modèle pour déterminer la géométrie après réaromatisation.
Très bon modèle géométrique pour la formation de l’adduit 2.
L’étape de réaromatisation est énergétiquement défavorable dans tous les cas.
Problème théorique à résoudre : étape de réaromatisation.
Une étude RMN théorique a été entreprise, mais n’a pas encore aboutie.