Modélisation moléculaire et lipophilie - Mai 2009

  1. On ajoute 1 constante magique pour chaque cycle aromatique.

    log P(C6H5COOH) = 6 f(C) + 5 f(H) + f(COOH) + CM = 6 × 0,110 + 5 × 0,204 - 0,066 + 0,219 = 1,83

    log P(ClC6H4COOH) = 6 f(C) + 4 f(H) + f(COOH) + f(Cl) + CM = 6 × 0,110 + 4 × 0,204 - 0,066 + 0,933 + 0,219 = 2,56

    soit une légère sous-estimation par rapport aux valeurs expérimentales.

  2. Les coefficients de partage des deux acides sont :

    P(C6H5COOH) = 101,87 = 74,1

    P(ClC6H4COOH) = 102,65 = 447

    Les coefficients de distribution s'en déduisent par la formule : D = P / (1 + 10pH - pKa)

    D(C6H5COOH) = 74,1 / (1 + 104 - 4,19) = 45

    D(ClC6H4COOH) = 447 / (1 + 104 - 3,95) = 210

    Les coefficients de distribution étant très inférieurs aux coefficients de partage, les composés seront mal extraits par l'octanol. Il faut donc diminuer le pH de la phase aqueuse.

    1. En se rappelant que :

      • chaque carbone sp2 apporte un électron au système π
      • l'oxygène de la fonction OH (hybridé sp2) apporte deux électrons
      • l'oxygène du carbonyle (non hybridé) apporte un électron
      • le chlore (non hybridé) apporte deux électrons

      on obtient les schémas suivants :

      soit 10 électrons π pour l'acide benzoïque et 12 pour le dérivé chloré.

    2. En tenant compte du nombre d'électrons π déterminé précédemment, les diagrammes d'énergie sont les suivants :

      On peut remarquer que l'introduction du chlore se traduit par :

      • l'apparition d'une orbitale π liante supplémentaire

      • la séparation des deux niveaux qui étaient dégénérés dans l'acide benzoïque (λ = 1)

    3. Calculons l'énergie des électrons π pour chaque acide :

      Eπ(C6H5COOH) = 2 (αC + 2,53 βCC) + 2 (αC + 2 βCC) + 2 (αC + 1,47 βCC) + 4 (αC + βCC) = 10 αC + 16 βCC

      Eπ(ClC6H4COOH) = 2 (αC + 2,53 βCC) + 2 (αC + 2,19 βCC) + 2 (αC + 1,9 βCC) + 2 (αC + 1,45 βCC) + 2 (αC + βCC) + 2 (αC + 0,96 βCC) = 12 αC + 20,06 βCC

      Le composé le plus stable est celui qui a la plus faible énergie, c'est donc l'acide chloro-4 benzoïque puisque αC et βCC sont négatifs.

    4. Le composé qui réagit le mieux est le composé le plus nucléophile, donc celui qui a l'orbitale HOMO de plus forte énergie. Comme les énergies varient en sens inverse des valeurs propres, il s'agit de l'acide chloro-4 benzoïque (λHOMO = 0,96 contre 1 pour l'acide benzoïque)

    5. La théorie des orbitales frontières interprète la formation de l'état de transition. Il s'agit donc de réactivité cinétique.