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

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.

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

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.

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.

La réaction

L’étape de réaromatisation :

2 2

23 2Ru TAP G Ru TAP TAP G H

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.

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)

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.

Appréhension de la réactivité

• Cas du TAP :

Appréhension de la réactivité

• Cas de la Guanine:

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.

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 ».

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.

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

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

Comparaison des géométries

Comparaison des géométries

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.