Fiche industrie Textures

Commissariat à l'Energie Atomique

Imagerie des protons des composés moléculaires
par diffraction de neutrons

Principe de la méthode

Principe d'analyse:

Le principe de la mesure consiste à enregistrer l'intensité diffractée par les familles de plans cristallographiques d’un petit monocristal (10 mm³). L’analyse des mesures permet de modéliser les positions de tous les atomes de la structure.

Nous utilisons de préférence une nouvelle méthode d’analyse : l’Imagerie Cristalline par Maximum d’Entropie (ICME), développée au LLB depuis une dizaine d’années. Elle présente une fiabilité très améliorée par rapport aux méthodes conventionnelles.

Fig1 Schéma de principe d’un diffractomètre 4 cercles.

Une étude préalable aux rayons X fournit les caractéristiques de la plupart des atomes (squelette). Mais la diffraction de neutrons apporte des informations essentielles sur les positions tridimensionnelles des protons. Celles-ci sont souvent essentielles à la compréhension de la fonctionnalité de nombreuses (macro)molécules organiques. La prise en compte explicite par l’ICME de la contribution spécifique des protons contribue à obtenir une vision tridimen-sionnelle, nette et sans modèle préconçu des protons cherchés. La technique 4 cercles neutrons, est idéalement adaptée au cas des protons ou de groupes désordonnés tels que CH₃, NH₃, NH₄⁺ … Notamment en pharmacologie, le potentiel d’utilisation de cette technique est considérable.

Avantages des neutrons

par rapport aux rayons X :

Longueur de diffusion appréciable et négative du proton

Possibilité de variation de contraste H / D

Absorption négligeable

Liste d’applications

Structure détaillée, tridimensionnelle de molécules organiques (cristallisées)

Polymorphisme

Rôle des protons dans des liaisons H…

Equipements

Le diffractomètre 4-cercles est l’outil de choix pour les études structurales de monocristaux. Le spectromètre 5C2 du LLB est plus particulièrement dédié aux composés moléculaires. La disponibilité de neutrons " chauds " (de courte longueur d’onde, 0,083 nm) permet d’atteindre un grand nombre de pics de diffraction. On obtient les gammes de température 20 C à 900 C avec un four, 5K à 300K avec un cryostat.

Une application : les protons de l’aspirine

Fig 2 Un dimère d’aspirine

Chaque H en position convenable (gris clair, au centre) est engagé dans une liaison hydrogène avec un partenaire O (rouge) dans l’autre molécule.

Fig 3 Probabilité de présence des atomes impliqués dans la dimérisation : pour chaque molécule un C et deux O donnent des contributions positives, H apparaît en creux (à cause de sa longueur de diffusion négative). Chaque H reste très lié à une seule des 2 molécules, surtout à froid.

L’aspirine cristallisée est constituée de dimères [fig. 2]. On distingue trois types de protons :

- dans un groupe méthyle, en rotation désordonnée : la substitution d’un H par un D dans les méthyles (CH₂D) a provoqué leur localisation à basse température ; cela a permis une compréhension très fine de la nature de leurs mouvements,

- engagés dans un dimère : les atomes H impliqués dans la dimérisation de l’aspirine sont solidaires de l’une ou l’autre des deux molécules [fig. 3], au contraire d’autres cas tels celui de l’acide benzoïque où les protons sautent entre deux sites.

- localisés dans le noyau benzénique : ces derniers sont bien localisés et présentent un comportement banal.

La diffraction de neutrons par monocristal permet de déterminer la position tridimensionnelle des protons impliqués dans les fonctions des molécules organiques.

Application : industrie pharmaceutique

Expert en mesures " diffraction par monocristaux " :
Alain Cousson
Téléphone: 01 69 08 64 31
Laboratoire Léon Brillouin

Relations industrielles

Téléphone : 01 69 08 95 58
Télécopie : 01 69 08 14 80
internet: http://www-llb.cea.fr/industrie/

LABORATOIRE LEON BRILLOUIN

© LLB

Principe d'analyse: Le principe de la mesure consiste à enregistrer l'intensité diffractée par les familles de plans cristallographiques d’un petit monocristal (10 mm³). L’analyse des mesures permet de modéliser les positions de tous les atomes de la structure. Nous utilisons de préférence une nouvelle méthode d’analyse : l’Imagerie Cristalline par Maximum d’Entropie (ICME), développée au LLB depuis une dizaine d’années. Elle présente une fiabilité très améliorée par rapport aux méthodes conventionnelles.		Fig1 Schéma de principe d’un diffractomètre 4 cercles.
Une étude préalable aux rayons X fournit les caractéristiques de la plupart des atomes (squelette). Mais la diffraction de neutrons apporte des informations essentielles sur les positions tridimensionnelles des protons. Celles-ci sont souvent essentielles à la compréhension de la fonctionnalité de nombreuses (macro)molécules organiques. La prise en compte explicite par l’ICME de la contribution spécifique des protons contribue à obtenir une vision tridimen-sionnelle, nette et sans modèle préconçu des protons cherchés. La technique 4 cercles neutrons, est idéalement adaptée au cas des protons ou de groupes désordonnés tels que CH₃, NH₃, NH₄⁺ … Notamment en pharmacologie, le potentiel d’utilisation de cette technique est considérable.
Avantages des neutrons par rapport aux rayons X : Longueur de diffusion appréciable et négative du proton Possibilité de variation de contraste H / D Absorption négligeable		Liste d’applications Structure détaillée, tridimensionnelle de molécules organiques (cristallisées) Polymorphisme Rôle des protons dans des liaisons H…
Equipements Le diffractomètre 4-cercles est l’outil de choix pour les études structurales de monocristaux. Le spectromètre 5C2 du LLB est plus particulièrement dédié aux composés moléculaires. La disponibilité de neutrons " chauds " (de courte longueur d’onde, 0,083 nm) permet d’atteindre un grand nombre de pics de diffraction. On obtient les gammes de température 20 C à 900 C avec un four, 5K à 300K avec un cryostat.
Une application : les protons de l’aspirine