Caractérisation physico-chimique de composés organiques volatils biogéniques et de leurs hydrates

Mhamad CHRAYTEH

Doctorat en Physique, discipline Milieux denses, matériaux et composants
Thèse soutenue le 10 décembre 2018
Laboratoire de Physique des lasers, Atomes et Molécules (PhLAM)

Titre et résumé de thèse
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Titre et résumé de thèse

Caractérisation physico-chimique de composés organiques volatils biogéniques et de leurs hydrates

Notre étude a porté sur les propriétés physico-chimiques de molécules d’intérêt atmosphérique en phase gazeuse, en particulier le processus de microsolvatation, qui pourrait permettre de mieux comprendre ce qui conduit à la formation d’aérosols organiques secondaires. Nous avons étudié le mécanisme d’hydratation de plusieurs produits d’oxydation des monoterpènes, dont font partie le myrténal et le périllaldéhyde, qui sont deux aldéhydes insaturés de structures proches, avec la verbénone et la fenchone, qui sont deux cétones. Les structures de nombreux édifices (jusqu’à 3 molécules d’eau liées aux molécules) ont été optimisées par calculs de chimie quantique aux niveaux MP2 / 6311++G(d,p) et B3LYP-D3BJ / def2-TZVP. La cohésion des hydrates se fait grâce à des liaisons hydrogène et à des interactions de Van der Waals. Nous avons pu mettre en évidence l’existence de beaucoup d’entre eux par spectroscopie mircoonde en jet supersonique dans la gamme de fréquences 2 – 20GHz et déterminer leur structure expérimentale. Pour le myrténal, nous avons enregistré et analysé le spectre de rotation pure, ainsi que ceux des isotopologues en abondance naturelle (13C et 18O). Avec l’appui des calculs de chimie quantique, nous avons déterminé sa structure moléculaire en phase gazeuse. Concernant les hydrates du myrténal, nous avons analysé le spectre de 2 mono-, 2 di- et un trihydrate, alors que pour le périllaldéhyde 4 mono- et 2 dihydrates sont caractérisés. Avec les cétones, nous avons analysé le spectre de 2 mono-, 2 di- et 1 trihydrate de la verbénone, alors que pour la microhydratation de la fenchone, nous avons caractérisé 2 mono-, 2 di- et 3 trihydrates. Afin de confirmer la structure des complexes, nous avons utilisé de l’eau enrichie en oxygène 18, ce qui nous a permis grâce aux constantes de rotation des isotopomères de calculer la structure des hydrates détectés en déterminant la position des atomes d’oxygène par le calcul de leurs coordonnées de substitution, ainsi qu’une structure effective limitée à l’arrangement des molécules d’eau autour du substrat.

mots clés : spectroscopie microondes, hydrates, monoterpènes, liaison hydrogène, chimie quantique, structure

Directrice de thèse :
Thérèse Huet (Université de Lille)

Co-directeur de thèse :
Pascal Dréan (Université de Lille)

Examinateurs -rices :
Mme Maria Eugenia SANZ (King’s College London)
M. Pierre ASSELIN (Université P. et M. Curie)
M. Philippe DUBUISSON (Université de Lille)

Rapporteur – rice :
M. Alberto LESARRI (Universidad de Valladolid)
Mme Marie-Renée DEBACKER (Université de Reims)