Analyse par diffraction X et calcul théorique des propriétés structurales des composés organiques à transfert de charges

Abstract

Résumé Notre travail est consacré à l’étude comparative de l'analyse structurale obtenue par diffraction des rayons X et calcul théorique de type ab initio du composé (2Z, 5Z) -3-N (4- méthoxyphényl) -2-N '(4- méthoxy phénylimino) -5- ((E) -3- (2-nitrophényl) allylidène) thiazolidine-4-one (MNTZ). Le composé étudié a été synthétisé par réaction de condensation de thiazolidinone et d'aldéhyde dans des conditions basiques en utilisant l’éthanol comme solvant. Sa structure cristalline a été déterminée par analyse de diffraction des rayons X. L'étude structurale expérimentale a été complétée par une étude théorique réalisée à l'aide de la théorie fonctionnelle de la densité (DFT) avec les fonctionnels B3LYP et GGA-PBE en utilisant la base de calcul 6-31G (d, p). La méthode DFT avec les deux fonctionnelles utilisées pour les calculs théoriques donne des résultats en bon accord avec ceux de l’expérimentation. En outre, les propriétés moléculaires de la molécule MNTZ sont déterminées par une combinaison de caractérisation spectroscopique (déplacements chimiques RMN de FT-IR, 1H et 13C) et les calculs théoriques. Les fréquences de vibration, les valeurs des déplacements chimiques 1H et 13C de l'orbitale atomique indépendante de Gauge (GIAO) sont étudiés en utilisant les fonctionnels B3LYP et GGA-PBE avec la base 6-31G (d, p) dans l'état fondamental et comparés aux valeurs expérimentales. Chaque fréquence de vibration est attribuée sur la base de la distribution d'énergie potentielle (PED). Les transitions électroniques sont calculées par la théorie fonctionnelle de la densité dépendante du temps (TD-DFT). Le gap énergétique entre les énergies des orbitales moléculaires les plus hautes occupées (HOMO) et les énergies des orbitales moléculaires les plus basses vacantes (LUMO) est obtenu en calculant les orbitales moléculaires frontières en utilisant les niveaux de calcul B3LYP / 6-31G (d, p) et GGA-PBE / 6-31G (d, p). Les énergies HOMO et LUMO calculées, leurs distributions ainsi que les orbitales naturelles de liaison (NBO) ont révélé que le transfert de charge se produit dans la molécule. Les charges atomiques de Mulliken et le potentiel électrostatique moléculaire (MEP) sont déterminés afin de trouver les sites les plus réactifs pour les attaques électrophiles et nucléophiles. Enfin, les fonctions thermodynamiques (capacité thermique, entropie et enthalpie) calculées à partir des données spectroscopiques sont obtenues et discutées dans l’intervalle de température de 100 à 1000 K. Abstract Our work is devoted to a comparative study between X-ray experimental and theoretical ab-initio structural analysis of the (2Z, 5Z) -3- N (4- methoxy phenyl) -2- N’ (4- methoxy phenyl imino) -5- ((E) -3-(2-nitrophenyl) allylidene) thiazolidin-4-one (MNTZ) molecule. The investigated compound has been synthesized by the reaction of thiazolidinones and appropriate aldehydes under basic conditions in ethanol solvent. Its crystal structure has been determined by X-ray diffraction analysis. The structural experimental investigation was completed by a theoretical investigation performed using the Density Functional Theory with B3LYP and GGA-PBE functionals at 6-31G(d, p) basis set. The DFT method with the two used functionals for the theoretical calculations gives results with good agreement to the experimental ones. Furthermore, Molecular properties of MNTZ molecule are performed by a combination of spectroscopic characterization (FT-IR, 1H and 13C NMR chemical shifts) and theoretical calculations. Vibrational wavenumbers , gauge independent atomic orbital (GIAO) 1H and 13C chemical shift values are investigated by using B3LYP and PBE functionals with the 6-31G(d,p) basis set in the ground state and compared with the experimental values. Each vibrational frequency is assigned on the basis of potential energy distribution (PED). The electronic transitions are calculated by time-dependent density functional theory (TDDFT). The energy band gap between the highest occupied molecular orbital (HOMO) and lowest unoccupied molecular orbital (LUMO) energies are obtained by computing the frontier molecular orbitals using the B3LYP/6-31G(d,p) and PBE/6-31G(d,p) levels. The calculated HOMO and LUMO energies and NBO analysis revealed that charge transfer occurs within the molecule. Mulliken atomic charges and molecular electrostatic potential (MEP) are simulated using both functionals to find more reactive sites for electrophilic and nucleophilic attack. Finally, the thermodynamic functions (heat capacity, entropy and enthalpy) from spectroscopic data are obtained and discussed in the range of 100–1000 K.