Chapitre IV : Étude des interactions dans un mélange moléculaire de synthèse : Interaction
IV- 2-2) Discussion sur les effets de la charge électrique
a) Solutions bimoléculaires amoxicilline/sulfaméthoxazole et amoxicilline/triméthoprime
Au-delà de la compétition moléculaire au sein d’une même solution pour l’adsorption, le remplacement du sulfaméthoxazole par le triméthoprime en présence d’amoxicilline imprime une nouvelle dynamique interactionnelle. En effet, les quantités adsorbées de l’amoxicilline sur Na-Mt se retrouvent plus élevées d’environ 10% lorsque le sulfaméthoxazole est présent dans la solution. Le sulfaméthoxazole, étant un anion principalement en solution au pH = 6.5, est repoussé par la nature négative des feuillets de la surface argileuse et donc n’est que très peu adsorbé, si celui-ci l’est, c’est avant tout son espèce neutre qui est transférée sur le matériau lamellaire (cas Na-Mt). La présence de charges négatives en contact avec ou proche des feuillets de phyllosilicates accentuent les répulsions séparant les espèces colloïdales à des distances plus importantes, montrant ainsi une surface plus facilement accessible pour le transfert de masse d’autres molécules comme par exemple l’amoxicilline dont la nature chimique permet son adsorption en des quantités plus importantes avec un déplacement chimique du dépôt sur les matériaux lamellaires (effet un peu équivalent à l’ajout d’électrolytes).
194 Par ailleurs, l’adsorption des composés pharmaceutiques est exothermique (chapitre III). Aussi, lorsque les mécanismes ou site d’adsorption ne sont pas sujet à compétition pour des espèces de nature équivalente, l’adsorption d’un composé organique entraine une augmentation (légère) de la température localement qui peut améliorer la solubilité des autres espèces mais aussi la fréquence de collision et donc le transfert de masse sur les matériaux lamellaires. Ces effets cumulés peuvent ainsi générer une dynamique synergique et améliorer l’adsorption de l’amoxicilline. Par contre, dans le cas du mélange amoxicilline avec le triméthoprime, dont ce dernier s’intercale par échange cationique, une compétition à l’accès au site d’adsorption (cations échangeables) défavorise l’adsorption qui montre des quantités réduites sur les matériaux lamellaires.
Par contre, pour le Brij0.4-Mt, la présence de sulfaméthoxazole ou de triméthoprime en
solution n’entraine aucun changement notable sur le transfert de l’amoxicilline. Les quantités maximales adsorbées sont quasi équivalentes et peuvent dénoter de l’impact de l’environnement organique intercalé faisant écran aux changements de charge en solution. D’autre part, ce matériau lamellaire offre une polyvalence interactionnelle ainsi que l’amoxicilline et donc peut solliciter de multiples voies pour conduire à l’adsorption, suivant des changements notables des conditions expérimentales et ici la compétition avec d’autres espèces.
Pour BDTA-Mt, les résultats montrent une diminution de l’adsorption de l’amoxicilline en présence de triméthoprime. En plus des possibilités d’adsorption de l’amoxicilline sur les
excédents de charge des BDTA+ de l’environnement organique intercalé, les deux antibiotiques
s’adsorbent également via des interactions similaires de plus faible énergie type Van der Waals avec l’environnement organique hydrophobe du surfactant. Si les sites d’adsorption entre les deux molécules sont effectivement partagés, une diminution des quantités adsorbées en amoxicilline peut en être la conséquence. Nielsen et Bandosz (2016) mettent en évidence que l’adsorption d’un composé, interagissant préférentiellement avec la phase organique du matériau, peut grandement être limitée par la présence d’une autre molécule s’adsorbant à la fois sur la phase inorganique et les sites d’adsorption privilégiés de la première molécule. D’autre part, il n’est pas exclu d’avoir des possibles associations des deux antibiotiques en solution (De Oliveira et al., 2018). Par sa nature cationique, l’adsorption du triméthoprime est réduite sur le BDTA-Mt entrainant une large quantité de molécules dans la phase liquide qui pourrait décaler l’équilibre chimique du dépôt de l’amoxicilline mais également la formation
195 de complexes organiques avec l’amoxicilline via potentiellement des mécanismes électrostatiques (De Oliveira et al., 2015) ou π-π.
Par contre, dans le cas du mélange avec le sulfaméthoxazole, l’adsorption de l’amoxicilline est améliorée d’environ 30 %. L’adsorption du cation organique (i.e. sulfaméthoxazole) doit occasionner un effet synergique comme préalablement expliqué avec un accroissement de la température localement qui peut améliorer la solubilité des autres espèces mais aussi la fréquence de collision et donc le transfert de masse sur les matériaux lamellaires.
b) Solution bimoléculaire sulfaméthoxazole/triméthoprime
L’effet de compétition entre molécules ici est bien marqué. Les quantités maximales du triméthoprime adsorbées sur Na-Mt en présence de sulfaméthoxazole sont améliorées de 11% comparées au cas avec l’amoxicilline. La différence vient de la compétition aux mêmes sites d’adsorption avec l’amoxicilline. D’autre part, comme discuté précédemment, la présence de charges négatives (sulfaméthoxazole) accentuent les répulsions des feuillets de Na-Mt offrant une surface libre et accessible pour le transfert de masse du triméthoprime qui est ainsi adsorbé en plus grande quantité. Il est intéressant de remarquer les faibles quantités adsorbées du sulfaméthoxazole d’environ 33% plus faibles en présence du triméthoprime comparé à l’amoxicilline.
Ceci s’explique à la fois par une plus forte affinité du triméthoprime pour les sites d’adsorption de Na-Mt mais aussi par d’éventuelles formations de complexes organiques en solution entre le triméthoprime et le sulfaméthoxazole. La complexation moléculaire semble impacter tout autant le sulfaméthoxazole et le triméthoprime. En effet, les quantités adsorbées du triméthoprime plafonnent aux mêmes valeurs que celles de l’amoxicilline en présence de sulfaméthoxazole. Pour BDTA-Mt, les quantités adsorbées du triméthoprime sont légèrement plus élevées, d’environ 8%, en présence de sulfaméthoxazole comparé à la solution triméthoprime/amoxicilline. Au contraire, celles du sulfaméthoxazole diminuent de 24% en présence des cations organiques. Avec la possible formation de complexes organiques, la diminution des quantités adsorbées du sulfaméthoxazole semble logique. En revanche, l’augmentation des quantités du triméthoprime est étonnant surtout vu la nature chimique de l’antibiotique.
196 Cependant, si la formation de complexe organique ou d’équilibre de ces espèces en solution abaisse le transfert de certaines possibles, il n’est pas exclu que ces complexes puissent s’adsorber au sein de l’environnement organique hydrophobe du matériau, favorisant ainsi
l’adsorption de cations organiques (De Oliveira et al., 2018). Pour Brij0.4-Mt, les deux
antibiotiques sont moins bien adsorbés, accusant une diminution des quantités adsorbées de 4% et 15% pour le triméthoprime et sulfaméthoxazole respectivement. Cette baisse résulte de la formation en solution de complexes moléculaires limitant l’adsorption simultanée des deux molécules. Si une augmentation des quantités adsorbées du triméthoprime n’est pas constatée comme pour Na-Mt, l’encombrement par le surfactant nonionique semble jouer un rôle dans
l’accessibilité aux cations Na+ (Guégan et al., 2015). Afin de conforter les explications avancées
et rendre compte plus précisément du phénomène de compétition notamment en contexte dynamique, une étude cinétique d’adsorption du sulfaméthoxazole et du triméthoprime aux charges antagonistes est réalisée.