Vitrification à l’état solide du glucose et maîtrise de la mutarotation

Solid state vitrification of glucose and control of mutarotation

• Auteur / Autrice : Nicolas Dujardin
• Direction : Jean-François Willart, Emeline Dudognon
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Molécules et matière condensée
• Date : Soutenance le 08/12/2009
• Etablissement(s) : Lille 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la matière, du rayonnement et de l'environnement (Lille ; 1992-....)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Microstructure (physique)

Poudres (pharmacie)

Mécanosynthèse

Transition vitreuse

Diagrammes de phases

Rotation optique

Amorphisation

Structure

Glucose

Mots clés libres

Broyage mécanique

Mutarotation

Alliages moléculaires

Résumé

Ce mémoire est consacré à la vitrification à l’état solide du glucose par broyage mécanique et à la maîtrise de sa mutarotation. L’ensemble de ces résultats a été obtenu par DRX, DSC, ATG et Raman. Nos résultats montrent que les anomères a et ß du glucose cristallin s’amorphisent sous broyage à haute énergie. Cette voie d’amorphisation conduit à des états amorphes anomériquement purs extrêmement originaux qui ne peuvent être obtenus par les procédés classiques d’amorphisation (trempe du liquide…). Nous avons exploité cette opportunité unique pour : 1. Montrer que l’amorphisation par broyage mécanique s’opère directement à l’état solide au travers de mécanismes qui diffèrent fondamentalement de ceux impliqués lors de la trempe thermique classique du liquide. 2. Former de véritables alliages moléculaires amorphes homogènes a-glucose / ß-glucose en toute proportion par co-broyage. La possibilité de contrôler la concentration anomérique a permis d’étudier, pour la première fois, le diagramme de phases d’un mélange binaire anomérique. 3. Etudier de manière originale les cinétiques de mutarotation directement à l’état solide. Cette étude a révélé l’existence d’un couplage inattendu entre le mécanisme de mutarotation (processus local) et les relaxations structurales lentes au voisinage de Tg (processus coopératif). De plus, l’évolution microstructurale du glucose sous broyage montre que l’amorphisation résulte de deux mécanismes : une amorphisation en surface des cristallites induite par les chocs violents lors du broyage et une amorphisation spontanée des cristallites lorsque leur taille devient inférieure à une taille critique

This thesis deals with the solid state vitrification of glucose by mechanical milling and the control of its mutarotation. All the results have been obtained by XRD, DSC, TGA and Raman experiments. Our results show that crystalline a and ß glucose can be amorphized upon high energy ball milling. This route to the glassy state leads to remarkable anomerically pure amorphous states which cannot be obtained by the usual amorphisation processes (thermal quench…). We use this unique opportunity: 1. To show that the amorphisation upon milling occurs directly in the solid state through mechanisms which are fundamentally different from those implied in the quench of the liquid. 2. To form amorphous molecular alloys a-glucose / ß-glucose by co-milling on the whole concentration range. Furthermore, the control of the anomeric concentration gives the possibility to study, for the first time, the phase diagram of an anomeric binary mixture. 3. To study, from original way, the kinetics of mutarotation directly in the solid state. This study revealed the existence of an unexpected coupling between the mechanism of mutarotation (local process), and, the slow structural relaxation around Tg (cooperative process). Moreover, the microstructural evolution of glucose upon milling shows that amorphisation results from two mechanisms: an amorphisation on the crystallite surface area induced by violent shocks during milling and a spontaneous amorphisation of crystallites when their size becomes smaller than a critical size.