Basicité des Amines et de Nicotines : Liaison Hydrogène et Protonation.

The most characteristic property of amines is their ability to behave as bases. We have then measured a type of basicity that has never been really studied at that time, their hydrogen bonding basicity. We have determined the thermodynamic parameters, ∆G, ∆H and ∆S, of the hydrogen bond complexation of 4-fluorophenol with about a hundred amines. We have also determined the spectroscopic scale of hydrogen bond basicity, ∆ν(OH) and showed that each of the three scales makes its contribution to the knowledge of the basicity of amines. The study of different empirical (substituent effects) and theoretical (electrostatic potential, electronic energy variation by complexation) parameters of hydrogen bonding basicity is investigated. The lipophilicity of about 100 nitrogen bases is successfully predicted with only two structural parameters : the molar volume and the Gibbs energy of hydrogen bonding. We show moreover that the hydrogen bond basicity scale is very different of the scales of Brönsted basicity pKa in aqueous solutions or GB in the gas phase. In a second part, we study the ability of nicotine and nornicotine to form hydrogen bonds and to protonate in the gas phase with the aim of analysing the potential interactions between these molecules and their receptors. Indeed, nicotine has two competitive basic sites : an amino nitrogen and a pyridine nitrogen. We show that, for nicotine and nornicotine, the amino nitrogen is a secondary hydrogen bond acceptor site which is at the origin of the lipophilicity of these bases. In gas phase, the protonation site of nornicotine is the pyridine nitrogen, favoured by an intramolecular hydrogen bond CHLN. Nevertheless, the proton basicities of the two nicotine nitrogens seem to be very similar.La principale propriété des amines est leur basicité. Nous avons donc mesuré un type de basicité des amines non encore réellement étudié à ce jour, leur basicité de liaison H. Nous l'avons fait par la détermination des paramètres thermodynamiques, ∆G, ∆H et ∆S, de la réaction de formation de liaison H entre le 4-fluorophénol, et une centaine d'amines. Nous avons également déterminé l'échelle spectroscopique de basicité de liaison H, ∆ν(OH) et montrons que chacune des échelles ∆G, ∆H et ∆ν(OH) apporte sa contribution à la connaissance de la basicité des amines. L'étude de différents descripteurs empiriques (effets de substituants) et théoriques (potentiel électrostatique, variation d'énergie électronique par complexation) de la basicité de liaison H est réalisée. La lipophilie d'environ 150 bases azotées est modélisée avec succès à partir de seulement deux paramètres structuraux : le volume molaire et l'énergie de Gibbs de liaison H. Nous montrons également que l'échelle de basicité de liaison H est différente des échelles de basicité de Brönsted pKa en solution aqueuse ou GB en phase gazeuse. Dans ce contexte nous avons étudié l'aptitude de la nicotine et la nornicotine à former des liaisons H et à se protoner en phase gazeuse. En effet la nicotine possède une riche activité biologique et son pharmacophore est constitué d'un azote amino protoné et d'un azote pyridinique accepteur de liaison H. Nous montrons que l'azote sp3 est un second site accepteur de liaison H, pour la nicotine et la nornicotine, expliquant la lipophilie de ces bases. Le site de protonation de la nornicotine en phase gazeuse est l'azote sp2, très favorisé par une liaison intramoléculaire CHLN. Par contre les basicités protoniques des deux azotes de la nicotine semblent très peu différentes