Chiralité et optique non linéaire : synthèse de molécules modèles et études spectroscopiques

• Auteur / Autrice : Magali Alexandre
• Direction : Chantal Andraud
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie organique
• Date : Soutenance en 2002
• Etablissement(s) : Lyon, École normale supérieure (sciences)

Résumé

L'objectif de cette thèse est, outre une meilleure compréhension fondamentale de l'interaction entre la lumière et les molécules chirales, la possibilité de développer de nouvelles méthodes spectroscopiques performantes pour l'étude de la chiralité. Une part importante de cette thèse a été la recherche de molécules modèles qui puissent permettre d'observer sans équivoque divers phénomènes ONL liés à la chiralité. Les synthèses, dédoublements et caractérisations de ces molécules ont été réalisées au Laboratoire de Stéréochimie et Interactions Moléculaires de l'ENS Lyon. Les études physiques on été réalisées en collaboration avec les équipes de Marie-Claire Schanne-Klein et François Hache du Laboratoire d'Optique et Biosciences de l'École Polytechnique. Ce manuscrit se divise en quatre grande parties. Dans le premier chapitre, nous rappelons tout d'abord quelques généralités sur la chiralité, montrant son importance dans notre monde et la nécessité de contrôler au mieux tous les phénomène qui lui sont associés. Quelques rappels sur l'activité optique linéaire des molécules chirales sont ensuite présentés, suivis d'un aperçu des principes de base de l'optique non linéaire, avec leurs applications les plus courantes au deuxième et troisième ordre. Dans le chapitre suivant, nous introduisons la notion de non localité lors de l'interaction de la lumière avec des molécules chirales, au premier et au second ordre. Les deux grands modèles classiquement employés pour décrire l'activité optique des molécules chirales, qui sont le modèle des oscillateurs couplés de Kuhn et le modèle de l'électron sur une hélice de Kauzmann, sont ensuite étendus à l'optique non linéaire du second ordre. A travers cette étude, sont montrées des différences importantes concernant l'origine microscopique de l'activité optique selon le modèle envisagé. La mise en évidence expérimentale de ces différences est présentée ainsi que les molécules modèles spécialement synthétisées pour cette étude (un stilbène chiral pour le modèle de Kauzmann et une base de Tröger pour le modèle de Kuhn). Le chapitre III est consacré des études du troisième ordre de l'effet Kerr dans des solutions de molécules chirales. Après l'introduction du formalisme nécessaire à la compréhension de ces effets du troisième ordre, nous présentons la synthèse et les propriétés de l'ion chiral choisi pour cette mise en évidence expérimentale. Sont alors décrites les expériences à un et à deux faisceaux à travers lesquelles la mise en évidence d'un dichroi͏̈sme circulaire non linéaire de troisième ordre en solution a été réalisée puis la cohérence des résultats expérimentaux avec un modèle théorique à trois niveaux est discutée. Enfin dans le dernier chapitre, nous nous intéressons à la synthèse de nouvelles molécules chirales, préparées dans le but de confirmer ces premièrs résultats expérimentaux sur des systèmes d'activité optique inconnue et de généraliser ces mesures à tout système chiral.