Spectroscopie rovibrationnelle des hydrocarbures aromatiques polycycliques ; HAP, biphenyle, HAP substitués en N, HAP halogénés et furanes

Rovibrational Spectroscopy of Polycyclic Aromatic Hydrocarbons; PAHs, Biphenyl, N-substituted PAHs, Halogenated PAHs and Furans

• Auteur / Autrice : Sathapana Chawananon
• Direction : Pierre Asselin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie Physique
• Date : Soutenance le 16/10/2023
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• 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 nano-objets : réactivité, interactions et spectroscopies (Paris ; 2014-....)
• Jury : Président / Présidente : Isabelle Kleiner
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Olivier Pirali, Arnaud Cuisset
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Thérèse Huet, Clément Lauzin

Mots clés

Mots clés contrôlés

Composés aromatiques polycycliques

Spectres de rotation-vibration

Rotation moléculaire

Spectroscopie moléculaire

Mots clés libres

Spectroscopie

Chimie physique

Infrarouge

Mouvement à large amplitude

Rotation moléculaire

Spectroscopy

Physical Chemistry

Infrared

Large Amplitude Mouvement

Molecular Rotation

Résumé

Cette thèse examine minutieusement la spectroscopie rovibrationnelle de hydrocarbures aromatiques cycliques, en démêlant la relation complexe entre la rotation moléculaire et la mécanique quantique. Elle débute par une étude approfondie des fondements théoriques des molécules en rotation et de leur comportement quantifié, pour progresser vers un examen holistique de l'énergie vibrationnelle et des interactions de rotation-vibration. Elle aborde spécifiquement les défis inhérents à l'étude des molécules centrosymétriques et de leurs spectres de rotation pure difficiles élucider. La thèse propose des méthodologies efficaces pour l'investigation de ces molécules via leurs états d'excitation vibrationnelle, mettant en lumière les Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques (HAPs) centrosymétriques et le biphényle. La recherche élargit son champ d'application pour englober les HAPs N-substitués, disséquant leur structure complexe et leurs spectres rotationnels. Elle présente une investigation exhaustive du naphtalène halogéné pour révéler les impacts des groupes halogènes sur les systèmes aromatiques à deux cycles. De plus, elle explore la complexité des molécules flexibles, en mettant l'accent sur les furanes contenant des rotors internes. Des modèles avancés, tels que le 2-méthylfurane, sont examinés à l'aide d'une gamme de logiciels d'analyse spectrale sophistiques. Au-delà des élucidations théoriques, la thèse fusionne des aspects pratiques à travers une méthodologie en trois volets qui intègre les calculs de chimie quantique, les techniques expérimentales base différentes spectroscopies haute résolution spectral, et les outils d'analyse spectrale. Cette approche globale facilite une transition fluide des concepts théoriques, préparant le terrain pour des avancées futures en spectroscopie moléculaire, en détection chimique et en surveillance environnementale.

This thesis scrutinizes the rovibrational spectroscopy of cyclic aromatic hydrocarbons, unraveling the complex relationship between molecular rotation and quantum mechanics. It commences with an in-depth study of the theoretical underpinnings of rotating molecules and their quantized behavior, progressing to a holistic examination of vibrational energy and rotation-vibration interactions. It specifically addresses the challenges inherent in studying centrosymmetric molecules and their elusive pure-rotation spectra. The thesis proposes effective methodologies for investigating these molecules through their vibrationally excited states, spotlighting centrosymmetric Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAHs) and biphenyl. The research broadens its scope to encompass N-substituted PAHs, dissecting their intricate structural conduct and rotational spectra. It presents a comprehensive investigation of halogenated naphthalene to illuminate the impacts of halogen groups on dual-ringed aromatic systems. Additionally, it explores the complexity of flexible molecules, with an emphasis on furans containing internal rotors. Advanced models, such as 2-methylfuran, are examined using a range of software tools for analytical purposes. Beyond theoretical elucidations, the thesis merges practical facets through a three-pronged methodology that integrates quantum chemistry computations, experimental spectral recording techniques, and spectral analysis tools. This comprehensive approach facilitates a smooth transition from theoretical concepts to practical implementations, paving the way for future progression in molecular spectroscopy, chemical detection, and environmental surveillance.