Simulations atomistiques de la fonctionnalisation des Fullerènes par des anti-inflammatoires non stéroïdiens

Abstract

The functionalization of fullerenes by the active principles of non-steroidal antiinflammatory drugs has been studied by DFT methods, with the aim of determining the structural and physicochemical properties of these nanostructures. The nanostructures resulting from the functionalization of undoped or doped fullerenes have been shown to be stable and their synthesis energetically favorable. During the transition from functionalization to multifunctionalization, the energy stability of the systems formed increases. The distortion due to this functionalization is very low in the case of systems formed with doped and multifunctionalized fullerenes compared to systems formed from functionalization on undoped fullerenes. The water solubility of doped nanostructures is lower than that of undoped nanostructures. In addition, this solubility increases during the passage from monofunctionalization to bi-functionalization. It appears that the nonlinear optical and electronic properties of molecules are very high when they are functionalized on fullerenes; and much more, if these fullerenes are previously doped with silicon. For example, in the gas phase, the average polarizabilities of the nanostructures formed from the undoped and doped fullerenes functionalized with nimesulide are respectively approximately 3.70 times and 4.95 times that of the isolated molecule of nimesulide; similarly, the first-order hyperpolarizabilities of the nanostructures formed from the undoped and doped fullerenes are approximately 2.00 times and 5.61 times that of the isolated molecule of nimesulide, respectively. Also, the multifunctionalization of nanostructures clearly improves the nonlinear optical and electronic properties of molecules; for example, the average polarizability and the first-order hyperpolarizability of the bi-functionalized nanostructure B are respectively approximately 1.18 and 1.01 times that of the mono-functionalized nanostructure A, and approximately 7.28 and 2.29 times that of the isolated aspirin molecule. The results obtained from the descriptors of global reactivity allowed us to understand that multifunctionalization and doping made our drug molecules chemically more stable due to the decrease in chemical potential; more reactive by the growth of the electron affinity and the index of electrophilicity.

La fonctionnalisation des fullerènes par les principes actifs des anti-inflammatoires non stéroïdiens a été étudiée par les méthodes DFT, dans le but de déterminer les propriétés structurales et physico-chimiques de ces nanostructures. Les nanostructures issues de la fonctionnalisation de fullerènes non dopés ou dopés se sont révélées stables et leur synthèse énergétiquement favorable. Au cours du passage de la fonctionnalisation à la multifonctionnalisation, la stabilité énergétique des systèmes formés s’accroît. La distorsion due à cette fonctionnalisation est très faible dans le cas des systèmes formés avec les fullerènes dopés et multifonctionnalisés par rapport aux systèmes formés de la fonctionnalisation sur les fullerènes non dopés. La solubilité dans l’eau des nanostructures dopées est plus faible que celles des nanostructures non dopées. De plus, cette solubilité augmente au cours du passage de la mono-fonctionnalisation à la bi-fonctionnalisation. Il ressort que les propriétés d’optique non linéaire et électroniques des molécules sont très élevées lorsqu’elles sont fonctionnalisées sur les fullerènes ; et bien plus, si ces fullerènes sont préalablement dopés au silicium. Par exemple en phase gazeuse, les polarisabilités moyennes des nanostructures formées des fullerènes non dopé et dopé fonctionnalisés à la nimésulide sont respectivement environ 3,70 fois et 4,95 fois celle de la molécule isolée de nimésulide ; de même que les hyperpolarisabilités de premier ordre des nanostructures formées des fullerènes non dopé et dopé sont respectivement environ 2,00 fois et 5,61 fois celle de la molécule isolée de la nimésulide. Aussi, la multifonctionnalisation des nanostructures améliore nettement les propriétés d’optique non linéaire et électronique des molécules ; par exemple la polarisabilité moyenne et l’hyperpolarisabilité de premier ordre de la nanostructure B bi-fonctionnalisée sont respectivement environ 1,18 et 1,01 fois celle de la nanostructure A mono-fonctionnalisée, et environ 7,28 et 2,29 fois celle de la molécule isolée d’aspirine. Les résultats obtenus des descripteurs de réactivité globale nous ont permis de comprendre que la multifonctionnalisation et le dopage rendaient nos molécules médicamenteuses chimiquement plus stables de par la décroissance du potentiel chimique ; plus réactives de par la croissance de l’affinité électronique et de l’indice d’électrophilicité.