Signatures spectroscopiques et propriétés thermochimiques de petits complexes hydratés par des approches expérimentales et théoriques

Spectroscopic signatures and thermochemical properties of small hydrated complexes by experimental and theoretical approaches

• Auteur / Autrice : Damien Dargent
• Direction : Mohammad Esmaïl Alikhani, Pierre Asselin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie physique et théorique
• Date : Soutenance le 24/09/2015
• Etablissement(s) : Paris 6
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Chimie physique et chimie analytique de Paris Centre (Paris ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : De la Molécule aux Nanos-objets : Réactivité, Interactions et Spectroscopies
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Robert Georges, Marie-Christine Bacchus, Alexis Markovits, Christine Lepetit, Arnaud Cuisset

Mots clés

Mots clés contrôlés

Solvatation

Hydrogène

Liaisons chimiques

Mots clés libres

Liaison hydrogène

Micro-Solvatation

Complexe hydraté

Calculs ab initio

Topologie

Spectroscopie IR par isolation en matrice

Hydrogen bonds

Infrared spectroscopy by matrix isolation

Hydrated compexes

Résumé

La formation des liaisons non covalentes et plus particulièrement des liaisons hydrogène joue un rôle majeur dans de nombreux processus biologiques, atmosphériques et astrophysiques. Les complexes hydratés (1:n) entre une molécule de diacétyle (C4H6O2) et une à plusieurs molécules d’eau (H2O) ont été étudiés selon des approches théoriques et expérimentales dans le but de caractériser leur structure et leur spectre vibrationnel. Sur le plan théorique les propriétés énergétiques, géométriques et vibrationnelles des complexes C4H6O2:(H2O)n ont été déterminées et une étude topologique spécifique a été réalisée sur le complexe 1:1 C4H6O2:H2O. A travers cette étude théorique, les premières étapes du mécanisme d’hydratation du diacétyle ont été mises en évidence et analysées en détail. En s’appuyant sur les techniques spectroscopiques infrarouges d’isolation en matrice de néon et de jet supersonique, plusieurs modes de vibration des isomères du complexe 1:1 ont été identifiés et leurs fréquences déterminées Enfin, un jeu de constantes de couplage anharmonique a été obtenu à partir de l’analyse des bandes harmoniques et de combinaison.

The formation of non-covalent bonds and more particularly hydrogen bonds play a major role in several biological, atmospheric and astrophysical chemistry issues. The theoretical and experimental investigation of hydrated complexes (1:n) between a diacetyl molecule (C4H6O2) and one or several water molecules (H2O) have been studied to characterize their structure and their vibrational spectrum. Energetical, geometrical and vibrational properties of C4H6O2:(H2O)n complexes have been determined from ab initio and DFT calculations. Moreover a topological analysis of the 1:1 C4H6O2:H2O complex has been carried out. Such theoretical investigations enabled to evidence and analyze in detail the first steps of diacetyl hydration. From neon matrix isolation and supersonic jet techniques coupled to infrared spectroscopy, several vibrational modes of 1:1 isomers have been detected and therefore their frequencies have been determined. Finally a set of anharmonic coupling constants have been derived from the spectral analysis of harmonic and combination bands.