Mots clés : astate, spéciation, diagramme de Pourbaix, liaisons halogènes
Résumé
L'astate (At, Z = 85) est un élément halogène rare, tous ses isotopes étant radioactifs. En raison des quantités disponibles limitées, aucun outil spectroscopique n'est applicable pour identifier la nature moléculaire des espèces de At. En conséquence, la chimie de At reste méconnue. L'un de ses isotopes, 211At, est un candidat potentiel pour le traitement de cancers par thérapie alpha ciblée. Cependant, la connaissance limitée de ses propriétés chimiques a entravé les tentatives de marquage de 211At avec des molécules porteuses ciblant la maladie. Cela a conduit au développement d’un programme de recherches sur la chimie de base de At. Cette thèse s’intéresse plus particulièrement au diagramme de Pourbaix de l’astate et à la caractérisation de liaisons halogènes avec l’espèce AtI, au moyen de divers outils expérimentaux (chromatographie ionique, méthode de compétition et électromobilité). Dans une première partie, des études de spéciation de At en milieu alcalin confirment la présence de l'espèce At– en conditions réductrices. Lorsque le potentiel augmente, l’espèce AtO(OH)2– se forme. Le changement de spéciation entre ces deux espèces est décrit pour la première fois. Dans une deuxième partie, la formation de liaisons halogènes entre l'espèce AtI et divers composés organiques a été étudiée. La réactivité se résume par une échelle de basicité nouvellement établie dont la force entre le donneur (AtI) et l’atome accepteur varie suivant l’ordre C ≤ O ≤ S (≈ Se).
English version
Title: Exploration of astatine chemistry in solution: Focus on the Pourbaix diagram in non-complexing medium and characterization of astatine-mediated halogen bonds
Keywords: astatine, speciation, Pourbaix diagram, halogen bonds
Abstract
Astatine (At, Z = 85) is a scarce halogen element, all of its isotopes being radioactive. Due to the limited available quantities, no spectroscopic tool is applicable to identify the molecular nature of At species. Consequently, the chemistry of At remains poorly known. One of its isotopes, 211At, is a potential candidate for the treatment of cancers by targeted alpha therapy. However, the limited knowledge of its chemical properties has hindered attempts to label 211At with disease-targeting carrier molecules. This led to the development of a research program on the basic chemistry of At. This thesis focuses more particularly on the Pourbaix diagram of astatine and the characterization of halogen bonds with the AtI species, by means of various experimental tools (ion chromatography, competition method and electromobility). In the first part, speciation studies of At in alkaline medium confirm the presence of the At– species under reducing conditions. As the potential increases, the AtO(OH)2– species is formed. The speciation change between these two species is described for the first time. In a second part, the formation of halogen bonds between the AtI species and various organic compounds was studied. The reactivity is summarized by a newly established basicity scale, with the strength between the donor (AtI) and the acceptor atom following the order of C ≤ O ≤ S (≈ Se).
