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Fiche détaillée Thèses
Université Louis Pasteur - Strasbourg I (09/05/2003), Wipff Georges (Dir.)
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Etudes de molécules extractantes en solution et aux interfaces liquide-liquide : aspects structuraux et mécanistiques des effets de synergie
Marc Baaden1

Les travaux présentés dans cette thèse démontrent l'utilité des simulations de dynamique moléculaire pour l'étude de processus complexes de reconnaissance moléculaire en solution, de complexation et de l'extraction liquide-liquide, avec un regard particulier porté sur les événements microscopiques qui se produisent à l'interface entre deux liquides non miscibles. Des études préliminaires concernent la représentation adéquate des cations trivalents terres rares La3+, Eu3+ et Yb3+ dans les simulations de dynamique moléculaire classiques, en explorant des aspects structuraux et énergétiques d'un système modèle caractérisé expérimentalement, impliquant des ligands de type pyridine dicarboxamide. La complexation de ces cations par un calixarène développé récemment a été étudiée montrant des caractéristiques inattendues, notamment la position du cation dans le complexe. Une étude expérimentale indépendante publiée par la suite a confirmé ces résultats. Un autre volet de ce travail concerne des systèmes d'extraction liquide- liquide industriels impliquant le tri-n-butyl phosphate (TBP) comme co- solvant, extractant, surfactant et agent de synergie. Nous examinons 1) des effets de concentration avec des simulations de jusqu'à 60 TBP à l'interface eau/chloroforme, 2) l'acidité de la phase aqueuse en considérant des modèles neutre et ionique de HNO3 et 3) des aspects de synergie dans des systèmes d'extraction mixtes TBP/calixarène. Ces simulations apportent les premières vues microscopiques de tels phénomènes. Enfin, nous avons simulé les aspects énergétiques du transfert d'un soluté à travers l'interface eau/chloroforme. Le potentiel de force moyenne d'un tel processus a été calculé et par des méthodes standards et par des approches nouvelles.
1 :  LCQMM - Laboratoire de chimie quantique et de modélisation moléculaire
dynamique moléculaire – simulation – complexes – lanthanides trivalents – calixarène – uranyle – TBP – synergie – acidité – extraction liquide-liquide – interface – potentiel de force moyenne
http://marc.free.fr/PhD_vol1.pdf http://marc.free.fr/PhD_vol2.pdf

Molecular dynamics simulations reported herein provide new important insights into cation recognition and complexation in solution as well as liquid-liquid extraction, with a particular focus on the microscopic events taking place at the interface between two immiscible liquids. Preliminary studies concerned the representation of the trivalent rare earth cations La3+, Eu3+ and Yb3+ in force field simulations, probing structural and energetic features on an experimentally characterized model system based on substituted pyridine dicarboxamide ligands. Complexation of such cations by a novel calixarene derivative was investigated showing unexpected features, such as the position of the cation in the complex. Independent experimental studies published subsequently support these findings. Another part of the work is related to industrial liquid-liquid extraction systems using tri-n-butyl phosphate (TBP) as co-solvent, extractant, surfactant and synergist. We investigate 1) concentration effects simulating up to 60 TBP at a water/chloroform interface, 2) acidity using a neutral and ionic model of HNO3 and 3) synergistic aspects of mixed TBP/calixarene extraction systems. These simulations provide the first microscopic insights into such issues. We finally addressed the topic of solute transfer across the water/chloroform interface. The potential of mean force for such a process has been calculated by both standard methods and novel approaches.

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