Étude spectroscopique de terpènes d’intérêt atmosphérique, de leurs produits d’oxydation et des hydrates associés

par Elias Neeman

Thèse de doctorat en Optique et Lasers, Physico-Chimie, Atmosphère

Sous la direction de Thérèse Huet.


  • Résumé

    La spectroscopie à impulsions microondes à transformée de Fourier couplée à un jet moléculaire, une fois combinée aux calculs de chimie quantique, sont des outils performants pour étudier la structure moléculaire et le paysage conformationnel des molécules en phase gazeuse, isolées ou en petits agrégats. Nous avons étudié des molécules d’intérêt atmosphérique, connues comme étant des précurseurs d’aérosols, à savoir des monoterpènes (C10H16), leurs produits d’oxydation et leurs hydrates.Pour le camphène, le β-pinène et l’α-pinène, trois bicycles, nous avons enregistré et analysé leur spectre de rotation pure, ainsi que ceux de leurs isotopologues 13C. Nous avons ensuite déterminé leur structure moléculaire en phase gazeuse, avec l’appui de calculs ab initio et DFT. Nous avons ensuite caractérisé le paysage conformationnel et le spectre de rotation pure de deux monoterpènes oxygénés, la nopinone (C9H14O) et le fenchol (C10H18O). Nous avons montré que la structure de la nopinone, un produit d’oxydation du β-pinène, garde une géométrie très proche de celle de ce dernier. Pour le fenchol, les conformères les plus stables des deux stéréoisomères endo- et exo- ont été mis en évidence et caractérisés. La deuxième partie de la thèse a été consacrée à l’étude d’hydrates de la nopinone et du fenchol. Grâce à une instrumentation au meilleur état de l’art, nous avons pu mettre en évidence les premières étapes de la microsolvatation de ces molécules. Nous avons observé et caractérisé les mono-, di- et trihydrates les plus stables, avec l’appui de calculs de chimie quantique. Les sites d’hydratation diffèrent selon la fonction (cétone ou alcool) de la molécule.

  • Titre traduit

    Spectroscopic study of terpenes of atmospheric interest, and of their oxidation products and associated hydrates


  • Résumé

    The synergic combination of Fourier transform microwave spectroscopy coupled with a supersonic jet and quantum chemical calculations allows us to study the molecular structure and the conformational landscape of molecules in the gas phase, isolated or in small aggregates. In the present work, we have applied this approach to analyze the structure of molecules of atmospheric interest, i.e. monoterpenes (C10H16), which are known to be precursors of atmospheric aerosols. Likewise, we have studied their oxidation products as well as their hydrates. The pure rotational spectrum of three bicycles, camphene, β-pinene and α-pinene have been recorded, including all their 13C isotopologues and analyzed. Then, we have determined their gas phase molecular structure, with the support of ab initio and DFT calculations. In like manner, we have characterized the conformational landscape and the rotational spectra of two oxygenated monoterpenes: nopinone (C9H14O) and fenchol (C10H18O). We have demonstrated that the geometrical structure of nopinone, an oxidation product of β-pinene, is not altered. For fenchol, the most stable conformers of the two stereoisomers endo- and exo- were identified and characterized. The second part of the Thesis has been dedicated to the study of hydrates of nopinone and fenchol. As a result of the upgrade of the instrumentation, using our state-of-the-art spectrometer, we were able to exhibit the first steps of the microsolvation of these molecules. Based on theoretical calculations, we have characterized the most stable mono-, di- and tri-hydrates. We have also observed that the hydratation sites depend on the functional groups of the molecule.



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