Analyse structurale et spectroscopique de nouveaux matériaux fonctionnels

Abstract

La présente thèse porte sur la caractérisation physicochimique de deux nouveaux matériaux thiazoliques synthétisés, de formule chimique C21H18O2N2S3 et C13H16N2O1S1 et d’acronyme TH1 et TH2 respectivement, avec une emphase particulière sur leurs structures moléculaires et ses rôles importants dans la spécification de leurs propriétés intrinsèques qui servent à fonctionnaliser ces matériaux. Ceci consiste l’originalité de ce travail. Ces deux matériaux organiques (TH1 et TH2) ont été caractérisés en utilisant deux approches complémentaires, l’approche expérimentale par des techniques d’analyse physicochimiques et l’approche théorique par les méthodes de la mécanique quantique. Tout d’abord, des calculs théoriques à l’aide de la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT), implémenté sous le logiciel Gaussian 09, ont été effectués pour modéliser les systèmes moléculaires, composants nos matériaux thiazoliques. Par la suite, des analyses physicochimiques par la diffraction des rayons X sur poudres (DRXP) et des mesures spectroscopiques (IR, RMN, UV-Visible) sont réalisées afin d’identifier la structure ainsi que les propriétés de nos matériaux étudiés. D’un point de vue structurale, le composé TH1 cristallise dans le système orthorhombique de groupe d’espace Pca21 avec quatre molécules par maille cristalline, tandis que le composé TH2 cristallise dans le système tétragonal avec huit molécules par maille, arrangés selon le groupe d’espace I-4. La structure cristallographique de nos matériaux organiques a été déterminée par les méthodes directes et affinée par la méthode de Rietveld sous le logiciel EXPO 2014. La cohésion cristalline dans ces deux matériaux thiazoliques est assurée par un réseau de liaisons hydrogènes de type CH…S et CH…O dans le composé TH1 et de type CH…N et CH…O dans le composé TH2. Les résultats des paramètres géométriques (distances interatomiques, angles de valence, angles dièdre) obtenus par la résolution structurale à partir des données de la diffraction des rayons X sur poudre sont compatibles avec les résultats générés par l’optimisation moléculaire sous la méthode DFT et la fonctionnelle B3LYP en utilisant la base 6-31G (d, p) pour la structure moléculaire TH1 et la base 6-311G (d, p) pour la structure TH2. Les deux structures moléculaires obtenus par la diffraction des rayons X ont été confirmées par des mesures spectroscopiques : IR, RMN, UV-Visible. Ces techniques d’analyse spectroscopiques sont aussi réalisées théoriquement en utilisant la même procédure du calcul effectuée durant l’optimisation moléculaire. Un bon accord a aussi été trouvé entre les résultats expérimentaux des analyses spectroscopiques avec ceux qui sont calculés par la DFT. Ceci nous a poussé à déterminer les propriétés électroniques et optoélectroniques des systèmes moléculaires étudiés.