Développement de modèles QSPR pour la prédiction des propriétés d'explosibilité des composés nitroaromatiques

The aim of these works consisted in the development and evaluation of quantitative structure property models (QSPR) for the prediction of explosive properties of nitroaromatic compounds, to be used within a regulatory context, in particular the new European regulation called REACH. Different methodological approaches (multilinear regressions, PCA, PLS, decision trees) were used to develop models for the prediction of the heat of decomposition. The descriptors of the model are selected among an extended set of more than 300 (constitutional, topological, geometric and quantum chemical) descriptors. Applicability domains were defined and the predictive power was determined using a set of validation. Three other properties (decomposition temperature, electric spark and impact sensitivities) were also investigated, leading to similar or better performances than existing models. Then, subjacent mechanisms, analyzed from DFT calculations, brought to light specific decomposition paths for any nitroaromatic compounds. This study completed the QSPR analyses in terms of phenomenological interpretation. Finally, this study took into account all OECD principles for the validation of QSAR/QSPR models for regulatory uses (experimental endpoint, model structure, validation, applicability domain and interpretation of subjacent mechanisms). Moreover, two predictive models were developed for the heat of decomposition of nitroaromatic compounds.L'objectif de ces travaux était de développer et d'évaluer des modèles quantitatifs structure-propriété (QSPR) pour la prédiction des propriétés explosives des composés nitroaromatiques, en vue d'une utilisation dans un cadre règlementaire, en particulier celui du nouveau règlement européen REACH. Différentes approches méthodologiques (régressions multi-linéaires, PCA, PLS, arbres de décision) ont été utilisées pour mettre en place des modèles pour la prédiction de la chaleur de décomposition. Les descripteurs des modèles ont été sélectionnés dans un jeu étendu de plus de 300 descripteurs (constitutionnels, topologiques, géométriques et quantiques). Deux premiers modèles avec des domaines d'applicabilité définis et des pouvoirs prédictifs importants ont été obtenus. Des modèles pour trois autres propriétés explosives (la température de décomposition, les sensibilités à la décharge électrique et à l'impact) ont ensuite été développés, avec des performances similaires voire supérieures aux modèles existants. Enfin, l'analyse des mécanismes réactionnels sous-jacents, menée à l'aide de la DFT, a permis de mettre en évidence la présence de chemins de décomposition spécifiques au sein des composés nitroaromatiques et a ainsi complété l'approche QSPR en termes d'interprétation phénoménologique. Cette étude a donc pris en compte l'intégralité des principes mis en place par l'OCDE pour la validation des modèles QSAR/QSPR dans un usage règlementaire (cible expérimentale, structure du modèle, validation, domaine d'applicabilité et interprétation des mécanismes sous-jacents). Deux modèles prédictifs ont même été développés pour la chaleur de décomposition des composés nitroaromatiques