Vers des assemblages de complexes métalliques oligonucléaires, servant d’antenne solaire au niveau moléculaire

Les fichiers additionnels sont les données cristallographiques en format CIF. Voir le site de la Cambridge Crystallographic Data Centre pour un visualiseur: http://www.ccdc.cam.ac.uk

Étude de dispositifs électroniques moléculaires à l'aide de modèles simples

Cette thèse en électronique moléculaire porte essentiellement sur le développement d’une méthode pour le calcul de la transmission de dispositifs électroniques moléculaires (DEMs), c’est-à-dire des molécules branchées à des contacts qui forment un dispositif électronique de taille moléculaire. D’une part, la méthode développée vise à apporter un point de vue différent de celui provenant des méthodes déjà existantes pour ce type de calculs. D’autre part, elle permet d’intégrer de manière rigoureuse des outils théoriques déjà développés dans le but d’augmenter la qualité des calculs. Les exemples simples présentés dans ce travail permettent de mettre en lumière certains phénomènes, tel que l’interférence destructive dans les dispositifs électroniques moléculaires. Les chapitres proviennent d’articles publiés dans la littérature. Au chapitre 2, nous étudions à l’aide d’un modèle fini avec la méthode de la théorie de la fonctionnelle de la densité de Kohn-Sham un point quantique moléculaire. De plus, nous calculons la conductance du point quantique moléculaire avec une implémentation de la formule de Landauer. Nous trouvons que la structure électronique et la conductance moléculaire dépendent fortement de la fonctionnelle d’échange et de corrélation employée. Au chapitre 3, nous discutons de l’effet de l’ajout d’une chaîne ramifiée à des molécules conductrices sur la probabilité de transmission de dispositifs électroniques moléculaires. Nous trouvons que des interférences destructives apparaissent aux valeurs propres de l’énergie des chaînes ramifiées isolées, si ces valeurs ne correspondent pas à des états localisés éloignés du conducteur moléculaire. Au chapitre 4, nous montrons que les dispositifs électroniques moléculaires contenant une molécule aromatique présentent généralement des courants circulaires qui sont associés aux phénomènes d’interférence destructive dans ces systèmes. Au chapitre 5, nous employons l’approche « source-sink potential » (SSP) pour étudier la transmission de dispositifs électroniques moléculaires. Au lieu de considérer les potentiels de sources et de drains exactement, nous utilisons la théorie des perturbations pour trouver une expression de la probabilité de transmission, T(E) = 1 − |r(E)|2, où r(E) est le coefficient de réflexion qui dépend de l’énergie. Cette expression dépend des propriétés de la molécule isolée, en effet nous montrons que c’est la densité orbitalaire sur les atomes de la molécule qui sont connectés aux contacts qui détermine principalement la transmission du dispositif à une énergie de l’électron incident donnée. Au chapitre 6, nous présentons une extension de l’approche SSP à un canal pour des dispositifs électroniques moléculaires à plusieurs canaux. La méthode à multiples canaux proposée repose sur une description des canaux propres des états conducteurs du dispositif électronique moléculaire (DEM) qui sont obtenus par un algorithme auto-cohérent. Finalement, nous utilisons le modèle développé afin d’étudier la transmission du 1-phényl-1,3-butadiène branché à deux rangées d’atomes couplées agissant comme contacts à gauche et à la droite.

Design de nouvelles fonctionnelles en théorie de la fonctionnelle de la densité et conception de polymères pour application à la photovoltaïque organique

La présente thèse porte sur les calculs utilisant la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT) pour simuler des systèmes dans lesquels les effets à longue portée sont importants. Une emphase particulière est mise sur les calculs des énergies d’excitations, tout particulièrement dans le cadre des applications photovoltaïques. Cette thèse aborde ces calculs sous deux angles. Tout d’abord, des outils DFT déjà bien établis seront utilisés pour simuler des systèmes d’intérêt expérimental. Par la suite, la théorie sous-jacente à la DFT sera explorée, ses limites seront identifiées et de nouveaux développements théoriques remédiant à ceux-ci seront proposés. Ainsi, dans la première partie de cette thèse, des calculs numériques utilisant la DFT et la théorie de la fonctionnelle de la densité dépendante du temps (TDDFT) telles qu’implémentées dans le logiciel Gaussian [1] sont faits avec des fonctionnelles courantes sur des molécules et des polymères d’intérêt expérimental. En particulier, le projet présenté dans le chapitre 2 explore l’utilisation de chaînes latérales pour optimiser les propriétés électroniques de polymères déjà couramment utilisés en photovoltaïque organique. Les résultats obtenus montrent qu’un choix judicieux de chaînes latérales permet de contrôler les propriétés électroniques de ces polymères et d’augmenter l’efficacité des cellules photovoltaïques les utilisant. Par la suite, le projet présenté dans le chapitre 3 utilise la TDDFT pour explorer les propriétés optiques de deux polymères, le poly-3-hexyl-thiophène (P3HT) et le poly-3-hexyl- sélénophène (P3HS), ainsi que leur mélange, dans le but d’appuyer les observations expérimentales indiquant la formation d’exciplexe dans ces derniers. Les calculs numériques effectués dans la première partie de cette thèse permettent de tirer plusieurs conclusions intéressantes, mais mettent également en évidence certaines limites de la DFT et de la TDDFT pour le traitement des états excités, dues au traitement approximatif de l’interaction coulombienne à longue portée. Ainsi, la deuxième partie de cette thèse revient aux fondements théoriques de la DFT. Plus précisément, dans le chapitre 4, une série de fonctionnelles modélisant plus précisément l’interaction coulombienne à longue portée grâce à une approche non-locale est élaborée. Ces fonctionnelles sont basées sur la WDA (weighted density approximation), qui est modifiée afin d’imposer plusieurs conditions exactes qui devraient être satisfaites par le trou d’échange. Ces fonctionnelles sont ensuite implémentées dans le logiciel Gaussian [1] et leurs performances sont évaluées grâce à des tests effectués sur une série de molécules et d’atomes. Les résultats obtenus indiquent que plusieurs de ces fonctionnelles donnent de meilleurs résultats que la WDA. De plus, ils permettrent de discuter de l’importance relative de satisfaire chacune des conditions exactes.

Agrégation de tensioactifs anioniques à une interface solide-aqueux induite par l'oxydation d'une monocouche auto-assemblée de ferrocenylalkanethiolates

L'oxydoréduction des monocouches auto-assemblées («Self-assembled monolayers ou SAMs) de ferrocenyldodecanethiolates sur une surface d'or (Fc(CH2)12SAu) dans des solutions aqueuses de n-alkyle sulfate de sodium (6, 8, 10 et 12 atomes de carbone) est étudiée par spectroscopie de résonance des plasmons de surface («Surface Plasmons Resonance ou SPR) couplée avec de la voltampérométrie cyclique (VC). La technique SPR est utilisée pour suivre en temps réel l'adsorption des tensioactifs en fonction du potentiel appliqué. Elle permet de quantifier l'épaisseur et le recouvrement des molécules adsorbées pour déterminer l'organisation des tensioactifs anioniques sur la SAM. La VC est utilisée afin de caractériser l'oxydation du groupement ferrocène en présence des n-alkyle sulfate de sodium qui s'associent à la SAM grâce à l'appariement entre le ferrocénium et le groupement sulfate. Des mélanges binaires d'alkylesulfates de différentes compositions sont utilisés dans le but de déterminer l'organisation induite par une réaction d'oxydoréduction. L'effet de la longueur de la chaîne d'hydrocarbures sur la quantité de tensioactifs anioniques adsorbés ainsi que les affinités relatives d'appariement des anions alkyle sulfate aux ferrocéniums sont rapportés dans ce mémoire. Ces surfaces électrosensibles permettront la détection de molécules amphiphiles et la compréhension du comportement de mélanges binaires de tensioactifs. Ainsi, ces travaux apporteront une avancée sur la modulation électrochimique de l'organisation de matériaux sur des substrats solides basée sur l'appariement d'ions.

Systematic construction of models for the exchange hole of density functional theory.

Dans ce travail, nous étendons le nombre de conditions physiques actuellement con- nues du trou d’échange exact avec la dérivation de l’expansion de quatrième ordre du trou d’échange sphérique moyenne exacte. Nous comparons les expansions de deux- ième et de quatrième ordre avec le trou d’échange exact pour des systèmes atomiques et moléculaires. Nous avons constaté que, en général, l’expansion du quatrième ordre reproduit plus fidèlement le trou d’échange exact pour les petites valeurs de la distance interélectronique. Nous démontrons que les ensembles de base de type gaussiennes ont une influence significative sur les termes de cette nouvelle condition, en étudiant com- ment les oscillations causées par ces ensembles de bases affectent son premier terme. Aussi, nous proposons quatre modèles de trous d’échange analytiques auxquels nous imposons toutes les conditions actuellement connues du trou d’échange exact et la nou- velle présentée dans ce travail. Nous évaluons la performance des modèles en calculant des énergies d’échange et ses contributions à des énergies d’atomisation. On constate que les oscillations causeés par les bases de type gaussiennes peuvent compromettre la précision et la solution des modèles.

Enric Canadell i la química teòrica

Entrevista a Enric Canadell, fisicoquímic gironí

Reacciona...Explota!

Amb els tallers Reacciona... Explota!, el Grup de Química Recreativa de la Càtedra de Cultura Científica i Comunicació Digital (C4D) i el Departament de Química han acostat el curs passat la química, la ciència, la recerca i la Universitat de Girona a més de dos mil estudiants preuniversitaris

Evaluation of phenolic compounds in mate (Ilex paraguariensis) processed by gamma radiation

The radiation food processing has been demonstrating great effectiveness in the attack of pathogenic agents, while little compromising nutritional value and sensorial properties of foods. The mate (Ilex paraguariensis), widely consumed product in South America, generally in the form of infusions with hot or cold water, calls of chimarrao or terere, it is cited in literature as one of the best sources phenolic compounds. The antioxidants action of these constituent has been related to the protection of the organism against the free radicals, generated in alive, currently responsible for the sprouting of some degenerative illness as cancer, arteriosclerosis, rheumatic arthritis and cardiovascular clutters among others. The objective of that work was to evaluate the action of the processing for gamma radiation in phenolic compounds of terere beverage in the doses of 0, 3, 5, 7 and 10 kGy. The observed results do not demonstrate significant alterations in phenolic compounds of terere beverage processed by gamma radiation. Crown Copyright (C) 2009 Published by Elsevier Ltd. All rights reserved.

Synthesis of chitosan/hydroxyapatite membranes coated with hydroxycarbonate apatite for guided tissue regeneration purposes

Chitosan, which is a non-toxic, biodegradable and biocompatible biopolymer, has been widely researched for several applications in the field of biomaterials. Calcium phosphate ceramics stand out among the so-called bioceramics for their absence of local or systemic toxicity, their non-response to foreign bodies or inflammations, and their apparent ability to bond to the host tissue. Hydroxyapatite (HA) is one of the most important bioceramics because it is the main component of the mineral phase of bone. The aim of this work was to produce chitosan membranes coated with hydroxyapatite using the modified biomimetic method. Membranes were synthesized from a solution containing 2% of chitosan in acetic acid (weight/volume) via the solvent evaporation method. Specimens were immersed in a sodium silicate solution and then in a 1.5 SBF (simulated body fluid) solution. The crystallinity of the HA formed over the membranes was correlated to the use of the nucleation agent (the sodium silicate solution itself). Coated membranes were characterized by means of scanning electron microscopy - SEM, X-ray diffraction - XRD, and Fourier transform infrared spectroscopy - FTIR. The results indicate a homogeneous coating covering the entire surface of the membrane and the production of a semi-crystalline hydroxyapatite layer similar to the mineral phase of human bone. (C) 2010 Elsevier B.V. All rights reserved.

Phase equilibria study of systems composed of refined babassu oil, lauric acid, ethanol, and water at 303.2 K

Deacidification of vegetable oils can be performed using liquid-liquid extraction as an alternative method to the classical chemical and physical refining processes. This paper reports experimental data for systems containing refined babassu oil, lauric acid, ethanol, and water at 303.2 K with different water mass fractions in the alcoholic solvent (0, 0.0557, 0.1045, 0.2029, and 0.2972). The dilution of solvent with water reduced the distribution coefficient values, which indicates a reduction in the loss of neutral oil. The experimental data were used to adjust the NRTL equation parameters. The global deviation between the observed and the estimated compositions was 0.0085, indicating that the model can accurately predict the behavior of the compounds at different levels of solvent hydration. (C) 2011 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Extracts from pitanga (Eugenia uniflora L.) leaves: Influence of extraction process on antioxidant properties and yield of phenolic compounds

Different extraction processes were employed to extract the polyphenolic compounds from pitanga (Eugenia uniflora L) leaves: a one-step process using water, ethanol or supercritical CO(2) as solvents, and a two-step process using supercritical CO(2) followed by either water or ethanol. The total polyphenolic compounds, total flavonoids and antioxidant activity were determined in all the extracts obtained. The process performance was evaluated with respect to three variables: global extraction yield, concentration and yield of both polyphenols and flavonoids in the extracts. For the one-step extraction, the results showed that the extraction yield increased with solvent polarity. For the two-step process, the results suggested that water was more efficient in extracting the phenolic compounds from E. uniflora when the matrix was previously extracted with scCO(2). With respect to the antioxidant activity, the ethanolic extracts obtained from both processes, using either the DPPH radical scavenging method or the beta-carotene bleaching method, presented high antioxidant activities. (C) 2010 Elsevier B.V. All rights reserved.

Liquid-liquid equilibria for systems composed of refined soybean oil, free fatty acids, ethanol, and water at different temperatures

Soybean oil can be deacidified by liquid-liquid extraction with ethanol. In the present paper, the liquid-liquid equilibria of systems composed of refined soybean oil, commercial linoleic acid, ethanol and water were investigated at 298.2 K. The experimental data set obtained from the present study (at 298.2 K) and the results of Mohsen-Nia et al. [1] (at 303.2 K) and Rodrigues et al. [2] (at 323.2 K) were correlated by applying the non-random two liquid (NRTL) model. The results of the present study indicated that the mutual solubility of the compounds decreased with an increase in the water content of the solvent and a decrease in the temperature of the solution. Among variables, the water content of the solvent had the strongest effect on the solubility of the components. The maximum deviation and average variance between the experimental and calculated compositions were 1.60% and 0.89%, indicating that the model could accurately predict the behavior of the compounds at different temperatures and degrees of hydration. (C) 2010 Elsevier B.V. All rights reserved.

Phase transitions of cassava starch dispersions prepared with glycerol solutions

The aim of this work was to study the glass transition, the glass transition of the maximally freeze-concentrated fractions, the ice melting and the gelatinization phenomenon in dispersions of starch prepared using glycerol- water solutions. The starch concentration was maintained constant at 50 g cassava starch/100 g starch dispersions, but the concentration of the glycerol solutions was variable (C-g= 20, 40, 60, 80 and 100 mass/mass%). The phase transitions of these dispersions were studied by calorimetric methods, using a conventional differential scanning calorimeter (DSC) and a more sensitive equipment (micro-DSC). Apparently, in the glycerol diluted solutions (20 and 40%), the glycerol molecules interacted strongly with the glucose molecules of starch. While in the more concentrated glycerol domains (C-g> 40%), the behaviour was controlled by migration of water molecules from the starch granules, due to a hypertonic character of glycerol, which affected all phase transitions.

Supercritical CO(2) extraction of carotenoids from pitanga fruits (Eugenia uniflora L.)

Supercritical carbon dioxide (SC-CO(2)) extraction was employed to extract carotenoids from the freeze-dried pulp of pitanga fruits (Eugenia uniflora L.), an exotic fruit, rich in carotenoids and still little explored commercially. The SC-CO(2) extraction was carried out at two temperatures, 40 and 60 degrees C, and seven pressures, 100, 150, 200, 250, 300, 350 and 400 bar. The carotenoids were determined by high-performance liquid chromatography connected to photodiode array and mass spectrometry detectors. Lycopene, rubixanthin and P-cryptoxanthin were the main carotenoids present in the freeze-dried pitanga pulp, whereas beta-cryptoxanthin concentration was negligible in the SC-CO(2) extracts, for all the investigated state conditions. The maximum recovery of carotenoids was obtained at 60 degrees C and 250 bar, extracting 55% of the total carotenoid content, 74% of the rubixanthin and 78% of the lycopene from the pulp. Under these state conditions, the total carotenoid concentration in the extract was 5474 mu g/g, represented by 66% lycopene and 32% rubixanthin. The experimental state conditions produced different SC-CO(2) extracts with respect to the extraction yield and concentration of different carotenoids, indicating that the supercritical carbon dioxide was selective in the extraction of the pitanga carotenoids as a function of temperature and pressure. (C) 2008 Elsevier B.V. All rights reserved.

Polymorphism, crystallinity and hydrophilic-lipophilic balance of stearic acid and stearic acid-capric/caprylic triglyceride matrices for production of stable nanoparticles

There is an increasing interest in lipid nanoparticles because of their suitability for several administration routes. Thus, it becomes even more relevant the physicochemical characterization of lipid materials with respect to their polymorphism, lipid miscibility and stability, as well as the assessment of the effect of surfactant on the type and structure of these nanoparticles. This work focuses on the physicochemical characterization of lipid matrices composed of pure stearic acid or of mixtures of stearic acid-capric/caprylic triglycerides, for drug delivery. The lipids were analyzed by Differential Scanning Calorimetry (DSC), Wide Angle X-ray Diffraction (WAXD), Polarized Light Microscopy (PLM) and hydrophilic-lipophilic balance (HLB) in combination with selected surfactants to determine the best solid-to-liquid ratio. Based on the results obtained by DSC and WAXD, the selected qualitative and quantitative composition contributed for the production of stable nanoparticles, since the melting and the tempering processes provided important information on the thermodynamic stability of solid lipid matrices. The best HLB value obtained for stearic acid-capric/caprylic triglycerides was 13.8, achieved after combining these lipids with accepted surfactants (trioleate sorbitan and polysorbate 80 in the ratio of 10:90). The proposed combinations were shown useful to obtain a stable emulsion to be used as intermediate form for the production of lipid nanoparticles. (C) 2011 Elsevier B.V. All rights reserved.