Caractérisation de paires d'ions par spectroscopie résolue en conformation

par Jérémy Donon

Projet de thèse en Chimie

Sous la direction de Eric Gloaguen.

Thèses en préparation à Paris Saclay , dans le cadre de École doctorale Sciences chimiques : molécules, matériaux, instrumentation et biosystèmes (Orsay, Essonne) , en partenariat avec Laboratoire Interactions, Dynamique et Lasers (laboratoire) , SBM (equipe de recherche) et de Université Paris-Sud (établissement de préparation de la thèse) depuis le 01-09-2017 .


  • Résumé

    Les paires d'ions sont des objets omniprésents dans la nature, depuis l'eau de mer, les aérosols, jusqu'aux organismes vivants. Elles apparaissent dans les toutes premières étapes de la cristallisation des espèces ioniques, elles influencent les propriétés des solutions concentrées en ions ainsi que celles des liquides ioniques, et jouent ainsi un rôle majeur dans d'innombrables applications. Quel que soit le domaine où elles apparaissent, en Physique, en Chimie ou en Biologie, leur caractérisation se heurte à une double difficulté: d'une part, plusieurs types de paires co-existent (Cf. Figure jointe), et d'autre part, les paires d'ions en solution sont des espèces transitoires.[1] La recherche dans ce domaine rassemble essentiellement, soit des expériences en solution, soit des simulations par dynamique moléculaire classique et ab intio.[2] Les paires d'ions neutres (z+ = z-) isolées en phase gazeuse restent en revanche des objets peu étudiés car difficiles à former. Ce verrou expérimental a récemment été levé par la vaporisation de sels par désorption laser développé en 2014.[3] Cette avancée permet désormais d'étudier ces objets, et ainsi d'aborder sous un angle nouveau de nombreuses problématiques dépassant les frontières de la Physico-Chimie. Dans ce contexte, le programme de recherche développé par le doctorant visera à étudier à l'échelle microscopique des paires d'ions globalement neutres, isolées ou microsolvatées en phase gazeuse, par une approche conjointe théorie-expérience combinant spectroscopie laser IR et UV résolues en conformation, simulations de dynamique moléculaire et calculs de chimie quantique. Trois axes de recherches seront suivis: - La caractérisation spectroscopique des différents types de paires d'ions et son application à l'étude du pouvoir dissociant du solvant. - La description des premières étapes de la cristallisation des composés ioniques. - L'analyse du rôle des contre-ions sur la structure de biomolécules chargées.

  • Titre traduit

    Characterization of ion pairs by conformer-selective spectroscopy


  • Résumé

    Ion pairs are ubiquitous in Nature, from sea water and aerosols, to living organisms. Being the very first step of crystallisation of ionic species and influencing the properties of ion-concentrated solutions or ionic liquids, they also play a key role in countless applications. Although they are met in many areas of Physics, Chemistry and Biology, their characterisation is complicated by the co-existence of several types of pairs (Cf. attached figure) and their elusive nature in solution.[1] Research in this field gathers, so far, experiments in solution and molecular dynamics simulations.[2] Neutral ion pairs (z+ = z-) isolated in the gas phase are however poorly documented due to the difficulty to form these objects. This issue has been recently overcome by laser desorption of salt.[3] This leap forward enables our group to investigate these objects, and address, from a new perspective, several scientific issues extending well beyond the frontiers of Physical-Chemistry. In this context, the scientific program of this thesis will aim at investigating, at the microscopic scale, neutral ion pairs, isolated and microsolvated in the gas phase, by using an approach combining conformer-selective IR and UV spectroscopy, molecular dynamics simulations and quantum chemistry calculations. Three directions will be explored: - Spectroscopic characterization of each type of pairs, and application to the dissociative role of the solvent. - Description of the first steps of crystallisation of ionic compounds. - Analysis of the influence of counter-ions on the structure of charged biomolecules.