Stage M2R Chimie Théorique Jean-Pierre GARCIA PHOTOREACTIVITE DES COMPLEXES DE RUTHENIUM SUR UNE BASE DE L'ADN 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 Excitation lumineuse du complexe. Passage de l’état fondamental (EF) à l’état1MLCT. 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 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] 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 :

Les Indices de Réactivité Est-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. [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 |DN|=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 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 DrH°(kJ.mol-1) -18.78 5.12 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 DrH°(kJ.mol-1) -431.05 -503.25 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.