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Stage L3-M1-M2 et Magistère - 2018-2019

Mouvements de grande amplitude en matrice de parahydrogène : spectroscopie et dynamique

Niveau L3/M1/M2

par Chin Wutharath - 27 novembre 2018 (modifié le 2 septembre 2019)

Contacts :
Claudine Crépin
Michèle Chevalier

Stage de recherche à destination des étudiants de L3, M1, M2 et Magistère de Physique ou de Chimie.

Nous isolons des molécules dans un solide de para-hydrogène pour pouvoir étudier leurs vibrations et leur flexibilité dans des conditions expérimentales simplifiées. Le para-hydrogène forme à très basse température (3 K) un solide très peu perturbant pour les espèces piégées : ce solide bloque partiellement les mouvements de rotation des molécules mais reste suffisamment « mou » pour permettre les mouvements de grande amplitude liés à la flexibilité.

Les objets étudiés seront des molécules méthylées présentant ou non une liaison hydrogène intramoléculaire pour étudier l’influence du couplage de deux mouvements de grande amplitude : la torsion des méthyles (CH3) et le transfert d’hydrogène le long de la liaison hydrogène (liaison H). Les systèmes moléculaires seront piégés en matrice cryogénique, technique qui permet une stabilisation à la fois des molécules isolées et des complexes, mais également de molécules instables créées in situ. Ils seront caractérisés par spectroscopies IR et UV/visible.

Nous avons mis au point récemment une méthode expérimentale très originale pour examiner les couplages entre torsion de groupes méthyles et transfert d’hydrogène au cours de l’étude de l’acétylacétone [1], ouvrant des perspectives à explorer sur la dynamique de dérivés de l’acétylacétone ou de certains dérivés benzéniques méthylés. L’intrication entre transfert d’hydrogène et rotation du méthyle donne des propriétés particulières à ces sortes de machines moléculaires.

Les études dans des matrices plus classiques telles que les matrices de gaz rare ou les matrices d’azote seront également nécessaires. La nature du milieu hôte peut avoir une influence déterminante sur les mouvements de grande amplitude : certains peuvent être bloqués par simple interaction de van der Waals avec l’environnement [2]. Nous nous attacherons donc à analyser l’influence de la matrice hôte sur les données spectroscopiques liées à ces mouvements. C’est une première étape dans l’étude comparée de la molécule « isolée » et de son complexe avec un solvant (eau) avec lequel une (ou plusieurs) liaisons H pourront se former. Les systèmes présentant des liaisons H pourront d’autre part être soumis à des irradiations UV en matrice afin de piéger des formes isomères dans lesquelles les liaisons H sont rompues : nous aurons ainsi accès à des systèmes très similaires aux systèmes piégés initialement, mais présentant des couplages entre mouvements de grande amplitude très différents.

L’étudiant(e) aura à se familiariser avec les techniques du vide, la cryogénie, la spectroscopie infrarouge par transformée de Fourier, la spectroscopie laser et les méthodes de calcul quantique pour l’analyse spectrale.

[1] R. R. Lozada García et al., Angewandte Chemie, 51, 6947−6950 (2012) ; A. Gutiérrez Quintanilla et al., Faraday Discussions, DOI : 10.1039/c8fd00080h (2018)
[2] A. Gutiérrez-Quintanilla, Thèse de l’Université Paris Saclay (2016) ; A. Gutiérrez Quintanilla et al., PCCP, 20, 12888 (2018)


Voir en ligne : MOlécules en MAtrice (MOMA)