Comportement photochimique dans l'eau d'une famille d'antibiotiques : devenir et élimination

Photochemical transformation of sulfonamide antibiotics in water : environmental fate and elimination

• Auteur / Autrice : Soumaya Mezghich
• Direction : Mohamed Sarakha, Dalila Ben Hassen-Chehimi, Fadhila Ayari
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie Physique
• Date : Soutenance le 22/12/2017
• Etablissement(s) : Université Clermont Auvergne‎ (2017-2020) en cotutelle avec Université de Carthage (Tunisie)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences fondamentales (Clermont-Ferrand)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Chimie de Clermont-Ferrand (Aubière, Puy-de-Dôme ; 2012-....)
• Jury : Président / Présidente : Daniel Zambon
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Salah Rafqah, Malika Trabelsi-Ayadi
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Pascal Wong-Wah-Chung, Mohamed Kadri Younes

Mots clés

Mots clés contrôlés

Pollution médicamenteuse

Propriétés physico-chimiques

Antibiotiques

Mots clés libres

Antibiotiques

Sulfamethoxazole

Sulfathiazole

Sulfamethazine

Hydrochlorothiazide

Antibiotics

Sunlight

Photolysis

Sulfamethoxazole

Sulfathiazole

Sulfamethazine

Hydrochlorothiazide

Résumé

De nos jours, l'émergence de produits pharmaceutiques dans l'environnement aquatique et terrestre a été une préoccupation majeure. Ils ont été détectés dans les stations d'épuration, les sédiments et les sols ainsi qu'à la surface et dans l'eau potable. Jusqu'à présent, il y a peu d'informations dans la littérature sur le devenir de ces composés lorsqu'ils sont exposés à la lumière solaire dans les différents compartiments environnementaux. Dans le cadre de ce travail, notre objectif est l’étude de comportement des antibiotiques de la famille des Sulfonamides : Sulfaméthoxazole (STZ), Sulfathiazole (STL), Sulfamethazine (STN) et Hydrochlorothiazide (HCD) dans des solutions aqueuses lorsqu'ils sont exposés à la lumière solaire. Nous nous sommes principalement intéressés à l’étude cinétique en évaluant le rendement quantique de dégradation ainsi que l'effet de divers paramètres tels que la concentration en oxygène, le pH et la présence d'ions inorganiques. Nous nous sommes également intéressés à l'élucidation des principaux sous-produits intermédiaires. De nombreuses informations sont disponibles sur la stabilité et le devenir des composés d'origine et beaucoup moins sur leurs produits de transformation. Ces derniers peuvent présenter un niveau de toxicité plus élevé que le substrat précurseur et doivent ainsi être identifiés et analysés. L'élucidation de la structure a été obtenue en utilisant les techniques HPLC / ESI / MS et HPLC / ESI / MS2 en modes négatif et positif et par l'étude complète des différentes voies de fragmentation. Les principaux processus photochimiques impliqués sont : i) la scission du pont par photohydrolyse, ii) l'hydroxylation sélective de la partie aromatique iii) le processus de désulfonation et iiii) dans le cas de HCD une réaction de déchloration. Un mécanisme photochimique a été proposé sur la base des études cinétiques et analytiques.

Nowaday the emergence of pharmaceuticals in the aquatic and terrestrial environment have been a major concern. They have been detected in sewage-treatment plants, sediments, and soils as well as at surface and drinking water. So far, there is limited information in the literature on the fate of these compounds once they are exposed to solar light in the various environmental compartments. In the present work we have been interested in studying the behavior of antibiotics from Sulfonamide family: Sulfamethoxazole (STZ), Sulfathiazole (STL), Sulfamethazine (STN) and Hydrochlorothiazide (HCD) in aqueous solutions upon exposure to simulated solar light. We mainly concentrate our effort on the kinetic studies by evaluating the degradation quantum yield as well as the effect of various parameters such as oxygen concentration, pH and the presence of inorganic ions. The main effect was observed by molecular oxygen parameter. We also make an important effort in the elucidation of the main intermediate and stable by-products. A lot of information is available on the stability and fate of parent compounds and not so many on their transformation products. These may present a toxicity level higher than the precursor substrate and should be identified and analysed. The chemical structure elucidation was obtained by using the HPLC/ESI/MS and HPLC/ESI/MS2 techniques in negative as well as positive modes and through the complete study of the various fragmentation pathways. The main involved photochemical processes were identified as i) the scission of the bridge through a photohydrolysis process, ii) selective hydroxylation of the aromatic moiety iii) Desulfonation process and iiii) in the case of HCD to dechloration reaction. A mechanism was then proposed in the light of the kinetics and analytical studies.