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Page de résumé pour ULgetd-02222007-112645

Auteur : Ziemons, Eric
E-mail de l'auteur : eziemons@ulg.ac.be
URN : ULgetd-02222007-112645
Langue : Français/French
Titre : Etude en temps réel du processus d’extraction de la Tagitinine C en fonction des caractéristiques physico-chimiques du CO2 supercritique à l’aide de fibres optiques couplant un spectrophotomètre IRTF à un extracteur à fluide supercritique Real time monitoring of the extraction process of Tagitinin C according to the physicochemical properties of supercritical CO2 by means of optical fibers coupling a FT-IR spectrometer and a supercritical fluid extractor
Intitulé du diplôme : Doctorat en sciences biomédicales et pharmaceutiques
Département : Médecine - Département de pharmacie
Jury :
Nom : Titre :
Crommen, Jacques Membre du jury/Committee Member
Dive, Georges Membre du jury/Committee Member
Frédérich, Michel Membre du jury/Committee Member
Lejeune, Robert Membre du jury/Committee Member
Thiebaut, Didier Membre du jury/Committee Member
Thunus, Léopold Membre du jury/Committee Member
Tilquin, Bernard Membre du jury/Committee Member
Delattre, Luc Président du jury/Committee Chair
Angenot, Luc Promoteur/Director
Hubert, Philippe Promoteur/Director
Mots-clés :
  • Spectrophotométrie IRTF / FT-IR spectroscopy
  • Extraction par fluide supercritique / Supercritical fluid extraction
  • Etude en temps réel / On-line monitoring
  • Tagitinine C / Tagitinin C
Date de soutenance : 2006-11-24
Type d'accès : Public/Internet
Résumé :

L’extraction par fluide supercritique fait partie des nouvelles techniques de préparation d’échantillons solides qui ont émergé au cours de ces dernières années. Elle constitue une alternative intéressante aux techniques classiques d’extraction liquide-solide car le pouvoir solvant du fluide supercritique est ajustable, non seulement par la température, mais aussi par la pression.

L’extraction par le CO2 supercritique de la tagitinine C, lactone sesquiterpénique photo sensible à l’activité anti-inflammatoire, anti-malarique et anticancéreuse à partir des parties aériennes de Tithonia diversifolia constituait une application intéressante de ce procédé et a été sélectionnée comme molécule cible dans le cadre de ce travail. Son optimisation a impliqué des dosages répétés de l’analyte dont la vibration d’élongation de la fonction diénone absorbe intensément à des fréquences particulières dans le domaine de l’infrarouge. Aussi, avons-nous tout d’abord développé et validé, dans la première partie de ce travail, une technique IRTF d’analyse en différé sélective, rapide, non destructrice et sensible fondée sur ses propriétés. Les différents paramètres (température, pression, quantité de CO2, granulométrie de l’échantillon) influençant le rendement d’extraction de l’analyte ont pu être étudiés à cette occasion. Dans les conditions optimales, nous avons montré que l’extraction par le CO2 supercritique extrayait rapidement et avec une meilleure sélectivité la tagitinine C tout en conservant un taux de récupération comparable aux techniques classiques d’extraction.

Parallèlement à ces travaux et compte tenu de la photo-dégradation de la tagitinine C en tagitinine F, la formation de complexes d’inclusion avec la β, 2,6-di-O-méthyle-β et la -cyclodextrine a été investiguée. Différentes techniques ont été employées pour caractériser les complexes formés au niveau de la stœchiométrie, de la constante de formation et de la structure. Aucun effet photo-protecteur significatif n’a été démontré avec la β et la -cyclodextrine. En revanche, nous avons mis en évidence une diminution de la vitesse de la photo-dégradation en présence de la 2,6-di-O-méthyle-β-cyclodextrine. Malheureusement, celle-ci reste trop limitée pour envisager l’utilisation de cette cyclodextrine pour éviter la dégradation de la tagitinine C lors de son exposition à la lumière directe.

Dans la dernière partie de notre travail, nous nous sommes plus particulièrement focalisés sur l’interfaçage EFSC/IRTF qui constituait un indéniable défi. Le développement de l’interfaçage a été réalisé à l’aide de fibres optiques en chalcogène d’arsenic entre un extracteur à fluide supercritique et un spectrophotomètre IR et a ainsi permis d’effectuer le dosage en ligne de la tagitinine C dans le CO2 supercritique après passage de celui-ci au travers d’une cartouche d’extraction contenant la matrice végétale. Par ailleurs, le développement de cet outil répond parfaitement aux nouvelles approches (Process and Analytical Technology) préconisées par la FDA.

Le processus d’extraction de l’analyte a pu dès lors être étudié de manière approfondie et en temps réel en fonction des caractéristiques physico-chimiques du fluide supercritique et de la durée de l’extraction. L’utilisation de la vibration d’élongation CH comme marqueur a permis de mettre en évidence l’obtention d’extraits de composition variable qui pourront être utilisés directement dans des études d’efficacité thérapeutique.

Enfin, la méthode d’extraction et de dosage en ligne de la tagitinine C a fait l’objet d’une validation poussée selon la nouvelle approche faisant appel aux profils d’exactitude dans un intervalle de dosage allant 500 à 2500 µg. Sur la base des différents profils d’exactitude obtenus, le modèle de régression linéaire a été choisi pour décrire la relation concentration-réponse. En effet, ce modèle présentait des valeurs de biais relatif inférieures à 2%, des valeurs de coefficient de variation ne dépassant pas 4% et des limites de tolérance comprises dans les limites d’acceptation de ±15% sur toute la gamme de concentration. De plus, le modèle de régression linéaire était en parfaite adéquation avec la méthode des ajouts dosés.

In the last two decades, supercritical fluid extraction processing with carbon dioxide has emerged as an alternative to the conventional solvent extractions of solid matrices and especially for the extraction of natural products for foods and medicines. Indeed, carbon dioxide is an inert, inexpensive, widely available, odourless, environment-friendly solvent and its solvent strength can be tuned by changing the pressure and temperature conditions.

In the first part of our work, supercritical fluid extraction of tagitinin C, a known sesquiterpene lactone which shows significant antiplasmodial and antiproliferative activity, was investigated using an off-line FTIR method for the determination of this compound in the aerial parts of Tithonia diversifolia. Different parameters as temperature, pressure, solvent mass and sample granulometry governing the supercritical fluid extraction process were optimised. Finally, we demonstrated that the optimised supercritical fluid extraction gave extraction yields comparable to those of the classical methods of extraction but with an improvement of the selectivity and a reduction of the extraction time.

At the same time, the formation of inclusion complexes of tagitinin C with β-, 2,6-di-O-methyl-β and -cyclodextrin was investigated according to its photochemical conversion into tagitinin F. Several techniques were used to characterize the tagitininC/CyD complexes in order to understand and to interpret the data obtained from the photochemical study. This letter mainly showed that the photodegradation rate of tagitinin C was slowed in presence of 2,6-di-O-methyl-β-cyclodextrin while no significant effect was observed in presence of β- and -cyclodextrin.

The second part of our work was devoted to the SFE/FTIR interfacing which was a great challenge. This interface was constructed from a stainless steel cross cell equipped with chalcogenide-glass infrared fibers. This hyphenated system allowed to determine on-line tagitinin C in supercritical CO2 after this one flowed through the extraction vessel containing the plant material. Consequently, the extraction process of the analyte was studied thoroughly and in real time according to the physicochemical characteristics of the supercritical fluid and to the extraction time. The use of the CH stretching vibration as tracer allowed to highlight the composition change of extracts which could be used directly in studies of therapeutic efficiency. In addition, the development of this tool answers perfectly the new approaches (Process and Analytical Technology) recommended by the FDA.

Finally, the extraction and on-line determination method of tagitinin C was successfully validated using a new approach based on accuracy profiles as decision tool. On this basis, a linear regression model was chosen for the calibration curve. Regarding trueness, precision and accuracy, mean measured values were close to the theoretical concentrations (lower than 1.6%) and the RSD values were relatively low (less than 4% for the middle of the range). Moreover, the method was found to be accurate as the two-sided 95 % beta-expectation tolerance interval did not exceed the acceptance limits of 85 and 115 % on the concentration range from 500 to 2500 µg.

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