Vers la prédiction des propriétés d’explosibilité des substances chimiques par les outils de la chimie quantique et les méthodes statistiques QSPR
Résumé
The new European regulation of chemicals named REACh (for “Registration, Evaluation and Authorization of CHemicals”, published by the European Commission in December 2006) implies that a tremendous number of substances (up to 30000) may require a new assessment of hazardous properties. Therefore, there is a growing interest in evaluating capabilities of predictive methods for assessing hazardous properties of chemical substances as a screening process. If Quantitative Structure-Property Relationship (QSPR) type methods have been up to now mainly devoted to screening toxic properties, their use to establish relationships between the explosibility of dangerous substances and structural, energetic or physicochemical descriptors could lead to new perspectives. This contribution focuses on the case of a series of nitroaromatic compounds, which are all expected to present more or less severe explosive properties due to the presence of the nitro group. In particular, this paper shows that we developped a QSPR model with a multilinear regression model which links correctly adequate molecular descriptors of nitroaromatic compounds with thermal stability (taken as a macroscopic property related to explosibility). In this model, the descriptors are mostly obtained by ab initio quantum chemical calculations. Moreover, we present a detailed theoretical investigation on the decomposition pathways of substituted nitrobenzenes using quantum chemical methods that provide pertinent information for the use of descriptors in relation with energetic aspects to access to more robust QSPR models.
La réglementation européenne relative aux produits chimiques est en plein mouvement, avec le nouveau règlement REACh sur les substances chimiques qui est entré en vigueur le 1er juin 2007 et le Système Général Harmonisé (SGH) de classification et d’étiquetage des produits chimiques qui devrait être appliqué en Europe en 2008. Ces règlementations impliquent la nécessité de déterminer des caractéristiques toxicologiques, écotoxicologiques mais également physico-chimiques d’environ 30 000 substances chimiques circulant en Europe. Il est totalement impensable de considérer une détermination expérimentale systématique de ces caractéristiques dans les délais d’enregistrement des substances chimiques prévus par Reach (en termes de faisabilité matérielle, coût financier et temporel). Aussi, le règlement Reach et le projet de règlement SGH font référence à d’autres moyens d’évaluation tels que les modèles (Q)SAR/(Q)SPR (relations (quantitatives) structure-activité et structurepropriété) comme méthodes alternatives à l’expérimentation. Les modèles prédictifs développés, une fois validés scientifiquement, peuvent être utilisés pour indiquer la présence ou l’absence d’une certaine propriété dangereuse. Ceci est vrai pour l’évaluation de la toxicité et de l’écotoxicité des produits (qui soulève également un problème d’éthique et nécessite d’éviter de réaliser des tests inutiles sur animaux) comme pour celle des propriétés physico-chimiques, au premier rang desquelles l’explosibilité. L’INERIS, expert dans la détermination expérimentale des propriétés d’explosibilité et d’inflammabilité (risques d’explosion et d’incendie) des substances chimiques condensées, a lancé, dès 2007, un programme de recherche dénommé « REPLACE : Recherche sur les Propriétés et L’Activité de Composés Explosifs » dont l’objectif principal est le développement de méthodes prédictives (alternatives ou complémentaires à l’expérimentation) pour l’évaluation de ces propriétés dangereuses à caractère physico-chimique. Cette recherche, tout à fait nouvelle à l’INERIS, vise à faire évoluer les méthodes d’évaluation et proposer dans un premier temps un nouvel outil de screening pour l’évaluation de propriétés reconnues comme complexes telles que l’explosibilité, en utilisant les outils de la chimie quantique (calculs ab initio) et les approches de type QSPR. Le recours à de telles méthodes prédictives s’avère d’ailleurs indispensable lorsque la substance n’existe qu’en très faible quantité (impossibilité matérielle de réalisation des tests qui nécessitent une quantité notable de substance) ou lorsqu’elle présente des propriétés toxiques par exemple. Cette recherche a démarré avec une thèse intitulée « Développement de méthodes QSPR/ QSAR pour la prédiction à l’échelle moléculaire de l’explosibilité et de l’inflammabilité des substances chimiques » conjointement avec le doctorant Guillaume Fayet et avec l’ENSCP (École Nationale Supérieure de Chimie de Paris, équipe de modélisation des systèmes complexes).
Domaines
Ingénierie de l'environnement
Origine : Publication financée par une institution
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