Structural and Electronic Chemistry: Role of Symmetries and Curvature
Chimie Structurale et Électronique : Rôle Des Symétries Et De La Courbure
Résumé
The originality of the topic consists in the multidisciplinary nature of the subject which involves both theoretical chemists and mathematicians. An important part of the work is based on the understanding of theoretical chemistry and its use by modeling.
One of the objectives attributed to this work, is the understanding of molecular systems by geometrical tools mainly initiated by Robert C. Haddon in 1997. We first propose a clarification and a generalization of these tools based on carbon materials such as fullerenes whose study of topological characteristics is largely exploited in this manuscript.
All the theoretical points and tools developed (the pyramidalization angle, the spherical curvature, the angular defect, and the hybridization) are widely illustrated with cartographies by the use of programming tools and softwares which provide the study of the deformation, the curvature and the investigation of the chemical and physical properties of the systems.
The use of the tools resulting from this work will facilitate the simulation of molecules without size limitation and for systems whose modelisation by ab-initio or DFT calculations remains inaccessible.
We also tried to show the relation which could exist between the geometry of the systems and the orbital information.
We were interested in many systems as examples most of them are carbon-based and potentially aromatic. Consequently, we propose the study of the criteria of aromaticity according to the theories stated among others by Hückel. By this study, we focus on less known linear systems: the [n]-cumulenes which present the curiosity of helical orbitals. We established the criteria for the existence of this type of helices according to the molecular symmetry.
The aim in fine was to establish the link between the topological characteristics and the chemical reactivity of these molecules and materials.
L’originalité de la thématique abordée dans ce travail se trouve dans la pluridisciplinarité du sujet qui fait appel à la fois aux chimistes théoriciens et aux mathématiciens. Une importante partie des travaux se base sur la compréhension de la chimie théorique et de son utilisation par modélisation.
Un des objectif alloué à ce travail, est la compréhension des systèmes moléculaires par des outils géométriques principalement initiés par Robert C. Haddon dès 1997. Nous avons tout d’abord proposé une clarification et une généralisation de ces outils basées sur des matériaux carbonés comme les fullerènes dont l’étude des caractéristiques topologiques est largement exploitée dans ce manuscrit.
L’ensemble des points théoriques et des outils développés (l’angle de pyramidalisation, la courbure sphérique, le défaut angulaire, et l’hybridation) ont été largement illustrés avec des cartographies par l’utilisation d’outils de programmation et de logiciels qui ont permis l’étude de la déformation, de la courbure et l’étude des propriétés chimiques et physiques des systèmes.
L’utilisation des outils issus de ce travail devrait permettre de pouvoir faciliter la modélisation de molécules sans limitation de tailles et pour des systèmes dont la modélisation par des calculs ab-initio ou DFT reste inaccessible.
Nous avons également cherché à montrer le lien pouvant exister entre la géométrie des systèmes et l’information orbitalaire. Nous nous sommes intéressés à titre d’exemples à de nombreux systèmes pour la plupart carbonés et potentiellement aromatiques.
Enfin, nous avons proposés l’étude des critères d’aromaticité suivant les théories énoncées entre autre par Hückel. Par cette étude, nous nous sommes penchés sur des systèmes linéaires moins connus i.e. les [n]-cumulènes qui présentent en particulier la curiosité de posséder des orbitales hélicoïdales. Nous avons établis les critères d’apparition de ce type d’hélices en fonction de la symétrie moléculaire.
Le but in fine de ce travail, était de réussir à faire le lien entre des caractéristiques topologiques et la réactivité chimique de ces molécules et matériaux
| Origine | Fichiers produits par l'(les) auteur(s) |
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