Crystallization of organic molecules onto functionalized surfaces

Crystallization of molecules is a well-known phenomenon and it plays an important role in various industrial domains, including pharmaceutical, yet it remains poorly understood. A particular problem which remains to be solved is the control of polymorphism. We took the approach of surface templated crystallization in order to get an increased understanding of selective polymorph growth processes. Three main parameters were chosen for investigation: the type of interactions between molecules in solution and interfaces, SAM packing and the introduction of a step within the SAM. To that end, a series of crystallization experiments were conducted on three types of interfaces: mono-component, bridged mono-component and bi-component. Introduction of the bridge allowed for modulation of the packing of molecules within the SAMs and insertion of a second component (phenylacetylene) with different backbone and size induced mismatch in interactions as well as formation of a step. Crystallization of two polymorphic model compound, octadecanol and 4-hydroxybiphenyl which present features commonly found in drug molecules, was first studied. Mono-component, bridged mono-component and bi-component SAMs that presented complementary features to the crystallizing molecule were constructed following an acid-base hydrolytic chemistry procedure previously developed in our lab. Characterization of the SAMs was done using ellipsometry, contact angle goniometry, FTIR-ATR and XPS. Presence of complementary features within the SAMs was found to promote crystal growth. For octadecanol, differences in SAM packing and composition were found to greatly influence crystallization outcome. In the case of 4-hydroxybiphenyl, crystallization experiments conducted on a bridged mono-component SAM induced the formation of a new monoclinic polymorph. Principles found in the study of model compounds were then applied to the crystallization of twLa cristallisation des molécules est un phénomène très connu et joue un rôle important dans une grande variété de domaines industriels et notamment le domaine pharmaceutique. Ce phénomène demeure malheureusement fort peu compris. Un point particulier qui reste à élucider est celui du polymorphisme et surtout de son contrôle. Afin de mieux comprendre les mécanismes de sélection des polymorphes, nous avons utilisé des surfaces comme patrons lors d'expériences de cristallisation. Trois paramètres furent testés : l'importance du type d'interactions entre les molécules en solution et celles de l'interface, l'influence paquetage des monocouches auto-assemblées ainsi que l'introduction d'une aspérité dans la monocouche. Trois types de monocouches furent donc construits : des monocouches mono-composées, des monocouches mono-composées pontées ainsi que des monocouches bi-composées. L'introduction d'un pont lors de la formation de la monocouche a permis de moduler le paquetage de cette dernière et l'insertion d'un deuxième composé (le phénylacétylène) ne possédant pas la même ossature ni la même taille a permis d'induire un décalage dans les interactions ainsi que d'introduire une aspérité à la surface. La cristallisation de deux composés modèles, l'octadécanol et le 4-hydroxybiphenyl, a d'abord été réalisée. Ces deux composés ont été choisis car ils présentent des caractéristiques fréquemment retrouvées dans les molécules pharmaceutiques. Les trois types de monocouches présentant des caractéristiques complémentaires décrits précédemment ont été construits suivant une procédure impliquant une chimie acido-basique développée au sein de notre laboratoire. Ces monocouches ont été caractérisées par ellipsométrie, par mesure d'angle de contact, par spectroscopie FTIR-ATR et par XPS. Il a été observé que la présence de caractéristiques compléme