Wide applications of anhydrous rare-earth (RE) trichlorides RECl₃ in organometallic chemistry, for the synthesis of optical and magnetic materials, and as catalysts require a facile approach for their synthesis. The known methods use or produce toxic substances, are complicated and have limited reliability and upscaling. It has been shown that task-specific ionic liquids (ILs) can dissolve many metal oxides without special reaction conditions at moderate temperature, making the metals accessible to downstream chemistry. Using imidazolium chloridoaluminate ILs, pure crystalline anhydrous RECl₃ (RE=La−Nd, Sm−Dy) can be synthesized in one step from RE oxides in high yield. The Lewis acidic IL acts as solvent and reaction partner. The by-product [Al₄O₂Cl₁₀]²⁻, which was detected spectroscopically, remains in solution. The reacted IL can be removed quantitatively by washing. ILs with various imidazolium cations and AlCl₃ content and the effect of temperature and reaction time were tested.

La intensificación de procesos consiste en el desarrollo de equipos y técnicas innovadoras que ofrecen mejoras sustanciales en el proceso, principalmente mediante la disminución del volumen del equipo, consumo de energía o generación de residuos, dando lugar a tecnologías más baratas, seguras y sostenibles. Esta tesis enfatiza la intensificación de procesos como estrategia en la recuperación de dióxido de azufre mediante el empleo de la tecnología de membranas y de líquidos iónicos como absorbente con objeto de eliminar las pérdidas de disolvente.La intensificación del proceso se lleva a cabo en dos etapas:i) Sustitución del equipo convencional (e.g. scrubbers) por un sistema de membranas para eliminar el arrastre de gotas y,ii) Sustitución del disolvente de absorción (N,N-dimetilanilina) por líquidos iónicos para eliminar pérdidas de disolvente por su volatilización en la corriente de gas debido a su presión de vapor despreciable. La selección de un líquido iónico adecuado se basa en su afinidad hacia dióxido de azufre, baja viscosidad, bajo coste y baja ecotoxicidad.En resumen, esta tesis es el primer trabajo que combina el empleo de un contactor de membranas de fibra hueca con líquidos iónicos, contribuyendo al desarrollo de procedimientos innovadores para intensificar el proceso de absorción de dióxido de azufre. / Process intensification consists of the development of innovative devices and techniques that offer significant improvements in chemical manufacturing and processing, decreasing substantially equipment volume, energy consumption, or wastes, and ultimately leading to cheaper, safer and sustainable technologies. This thesis emphasizes the process intensification as the strategy to the recovery of sulfur dioxide, according to the material efficiency and environmental protection, by means of technology based on membranes and ionic liquids as absorption solvents in order to avoid solvent losses.Process intensification is performed in two steps:i) Substitution of conventional equipment (e.g. scrubbers) for a membrane device to avoid drops dragging and,ii) Substitution of the absorption solvent (N,N-dimethylaniline) for ionic liquids to avoid solvent losses due to volatilization of solvent into the gas stream because of their negligible vapor pressure. Selection of a suitable ionic liquid is based on its affinity towards sulfur dioxide, low viscosity, low cost and low ecotoxicity.Thus, this thesis is the first work that combines a hollow fibre membrane contactor and ionic liquids, contributing to the development of innovative procedures to intensify the sulfur dioxide absorption process.

Imidazolium-based ionic liquids are very popular for different applications because of their low viscosity and melting point. However, the hydrogen atom at the C2 position of the imidazolium cation can easily be deprotonated by a base, resulting in a reactive carbene. If an inert ionic liquid is needed, it is necessary to introduce an unreactive alkyl or aryl group at the C2 position to prevent deprotonation. Tunable aryl alkyl ionic liquids (TAAILs) were first introduced by our group in 2009 and are characterized by a phenyl group at the N1 position, which offers the possibility to fine-tune the physicochemical properties by using different electron-donating or -withdrawing substituents. In this work, we present a new series of TAAILs where the C2 position is blocked by a methyl, propyl or phenyl group. For each of the blocking groups, the phenyl and three different phenyl derivatives (2-Me, 4-OMe, 2,4-F₂) are compared with respect to melting point, viscosity, conductivity and electrochemical window. In addition, the differences between blocked and unblocked TAAILs with regard to their electrochemical reduction potentials are investigated by quantum chemical methods.

The work presented in this thesis examines the electrochemical behaviour of a number of species, both surface-bound and in the solution phase, in various room-temperature ionic liquids (RTILs), in order to identify systems which show altered reactivities in room-temperature ionic liquids, compared to that in conventional, molecular, aprotic solvents. The fundamentals of electrochemistry are outlined and an introduction to room-temperature ionic liquids is given, after which the results of six original investigations are presented, as follows; The electrochemical response of surface-bound anthraquinonyl films was investigated as a function of RTIL cation size. The reduction of oxygen to superoxide in the [C₂mim][NTf₂] RTIL was studied at different carbon electrodes. The mechanisms of electrodeposition and stripping of Zn(II) onto bulk zinc deposits, on glassy carbon electrodes, in the [C₄mPyrr][NTf₂] RTIL were investigated. A novel and successful method for the fabrication of zinc microdisk electrodes was developed and the electrochemical behaviour of these electrodes was investigated. The mechanisms for the electrochemical reductions of some bromo- and nitrobenzenes at platinum microelectrodes were determined in the [C₄mPyrr][NTf₂] ionic liquid, in order to identify systems which displayed changed reactivities in RTILs compared to those in molecular aprotic solvents. The altered reactivity of 1-bromo-4-nitrobenzene in the [C₄mPyrr][NTf₂] ionic liquid was utilised via electrochemical reduction at zinc microelectrodes in order to form arylzinc compounds. The work presented in this thesis shows that the oft-taken view that the reactivity of a given species in an ionic liquid will mimic that in conventional aprotic solvents is not always the case. Reactivities can be markedly different between RTILs and aprotic solvents and can also be highly dependent on the specific ionic liquid employed.

Une organisation contrôlée de la porosité offre l’opportunité de combiner les avantages structuraux des macropores (diamètres supérieures à 50 nm), assurant l’intégrité et l’interconnectivité de l’ossature du matériau, avec ceux des pores plus étroits (méso- et micropores), déployant des surfaces spécifiques réactives importantes. L’élaboration de telles architectures, dites « hiérarchisées », à l’échelle du laboratoire représente un véritable défi physico-chimique. Dans ce contexte, ce travail de thèse s’intéresse à l’élaboration de matériaux poreux fonctionnels avancés, s’inscrivant dans le concept de chimie intégrative, en combinant matière molle (mésophases lyotropes, émulsions directes concentrées, auto-assemblages organique-organique, etc.), procédé sol-gel, polymérisation organique et principe de l’empreinte « dure ». Dans une première approche générale, des monolithes hybrides macrocellulaires à base de silice ont été fonctionnalisés par greffage covalent post-synthèse ou par co-condensation de précurseurs organosilanes appropriés. Dès lors, l’encapsulation de complexes luminescents (ions europium), de catalyseurs métalliques piégés dans une phase liquide ionique supportée (sels ou nanoparticules de palladium), ou d’entités biologiques (enzymes hydrosolubles : lipases) a offert une modulation rationnelle des propriétés optiques, catalytiques ou biocatalytiques induites in fine. Dans une seconde approche générale, l’utilisation de monolithes de silice macrocellulaires comme empreintes dures « sacrificielles » a permis la genèse de composés carbonés poreux, associée à un contrôle structural sur plusieurs échelles. Dès lors, une surface spécifique développée et une porosité hiérarchisée, conjuguées à des propriétés intrinsèques opportunes (stabilités thermique et chimique, conductivité électrique), ont offert un large champ d’applications, comme électrodes pour systèmes de stockage de l’énergie électrochimique (batteries Li-ion et condensateurs à double couche électrochimique), sites de nucléation de borohydrures de lithium (LiBH4) pour le stockage de l’hydrogène, ou encore comme électrodes enzymatiques pour biopiles. / Mainly induced by the wide scope of expected applications, designing hierarchical porous architectures appears today as a strong and competitive field of research. The opportunity to combine the structural advantages of both macropores (diameters larger than 50 nm), providing interconnected framework while reducing the diffusion low kinetic issue, with those of the more narrow pores (meso and micropores), generating high surface reactive areas, has induced a need for novel synthetic routes to achieve hierarchical structures. In this view, by combining soft mater (lyotropic mesophases, concentrated direct emulsions or organic-organic self-assemblies, etc.), sol-gel process, organic polymerization and hard-template approaches, we have generated new functional porous materials, fitting with the transversal integrative chemistry concept. In a first general approach, organically grafted silica foams have been designed, either by a grafting method or a one-pot co-condensation route of organosilane derivatives, to encapsulate luminescent complexes (europium ions), metallic catalysts entrapped into supported ionic liquid phase (palladium salts or nanoparticules) or bio-related entities (water-soluble enzymes: lipases), dealing with promising optical, catalytic or biocatalytic properties. In a second synthetic pathway, using siliceous foams as “sacrificial” hard templates, carbonaceous foams have been obtained addressed through a structural design over several length scales. Due to inherent high surface area, chemical inertness, thermal stability and good conductivity, this new foams series has offered a large field of applications, such as electrodes for electrochemical energy storage devices (Li-ion batteries and electrochemical double-layer capacitors), host sites for hydrogen storage through LiBH4 nucleation, as well as advanced porous electrodes for enzyme-based biofuel cells.

Les liquides ioniques connaissent depuis quelques décennies un essor particulier en raison de leurs nombreuses propriétés physico-chimiques intéressantes, telles qu’une faible pression de vapeur saturante, une viscosité limitée, une faible miscibilité avec la plupart des solvants communs, ou encore des propriétés d’agencement supramoléculaire, qui en font des outils puissants dans de nombreux domaines de la chimie. Les sels d’imidazolium représentent la plus grande famille de liquides ioniques à ce jour. Leur modulabilité leur permet d’être dérivés pour de nombreuses applications spécifiques, notamment en synthèse organique, où ils sont utilisés majoritairement comme solvants, et plus récemment comme catalyseurs. Les travaux présentés dans cette thèse se concentrent sur leur utilisation en synthèse organique, à la fois comme solvants et principalement comme catalyseurs chiraux, catalyseurs pour lesquels l’anion du sel est l’espèce catalytique, permettant d’ajouter de la flexibilité et de la mobilité au système. En tirant parti de la tolérance des liquides ioniques envers la majorité des macromolécules naturelles, l’objectif principal des travaux présentés dans cette thèse est le développement d’un nouveau type de catalyseur bio-hybride reposant sur l’encapsulation d’un sel d’imidazolium dans une protéine. Par le biais de la technologie biotine-avidine, l’inclusion supramoléculaire de sels d’imidazolium biotinylés portant des contre-anions catalytiques dans l’avidine a été réalisée et exploitée en catalyse. Dans un premier temps, le développement et l’étude de deux sels de 1-butyl-3-méthylimidazolium possédant des anions chiraux dérivés de la trans-4-hydroxy-L-proline sont rapportés, ainsi que leur comportement dans des réactions énantiosélectives d’aldol et d’addition de Michael. Ces types de composés se sont révélés actifs et performants en milieu liquide ionique. Dans un second temps, la préparation de sels d’imidazolium dont le cation est biotinylé et portant un contre-anion achiral, a été réalisée. Le comportement de l’avidine en milieu liquide ionique et son apport en termes de chiralité sur le système bio-hybride ont été étudiés. Les résultats montrent le rôle crucial des liquides ioniques sur la conformation de la protéine et l’efficacité du catalyseur pour des réactions d’aldol. Dans un dernier temps, l’influence de la structure du cation et de l’anion sur le système a été étudiée. Différents espaceurs ont été introduits successivement dans les squelettes cationiques et anioniques des sels d’imidazolium biotinylés. Dans le cas du cation, les résultats ne révèlent aucune influence majeure sur l’efficacité du catalyseur. La structure de l’anion se montre cependant beaucoup plus importante : la préparation de différents catalyseurs bio-hybrides possédant des anions aux propriétés physico-chimiques différentes a permis d’obtenir de plus amples informations sur le mode de fonctionnement du système bio-hybride et de la coopérativité entre l’avidine et l’anion du sel d’imidazolium.La nature ionique de la liaison cation-anion offrant une liberté de mouvement accrue à l’anion dans la protéine, la tolérance à différents substrats a également été abordée après optimisation du système. / Ionic liquids have gained a growing interest due to many interesting properties, such as low vapor pressure, reasonably low viscosity, poor miscibility with common organic solvents, and also exhibit supramolecular organization in solution, which make them interesting tools for several fields of applications in chemistry. As of today, imidazolium salts make up the largest family of ionic liquids. Their modulability allows them to be used for a wide range of applications, notably in organic chemistry, where they are mainly used as solvents, but also more recently as actual catalysts. The work presented in this thesis focuses on their use as solvents and chiral catalysts, in which the catalytic species is the anion of the imidazolium salts, adding more flexibility and mobility to the whole system. Taking advantage from the tolerance of ionic liquids toward biological macromolecules, the main goal of this work is the design and development of a new type of bio-hybrid catalyst based on the encapsulation of an imidazolium salt inside the cavity of a host protein. Based on the biotin-avidin technology, the supramolecular ligation of biotinylated imidazolium salts inside avidin, bearing catalytic counter-anion, is discussed. As a first step, the development and studies of two 1-butyl-3-methylimidazolium-based salts, bearing trans-4-hydroxy-L-proline-derived anions are reported. Their use for asymmetric catalysis in ionic liquids media is disclosed, both for the aldol and Michael additions. Results show that these compounds are viable and efficient organocatalysts in ionic liquids. Subsequently, the preparation of biotinylated imidazolium salts, bearing a racemic pyrrolidine-based counter-anion is reported. Avidin behaviour in ionic liquid media, as well as its contribution for the stereocontrol for the whole bio-hybrid system, is assessed. Results highlight the critical role of the ionic liquid reaction medium on the protein’s conformation, and thus the efficiency of the bio-hybrid catalyst towards aldol reactions. Finally, the influence of the structure of the cation and anion on the catalytic properties of the biohybrid system were investigated. Several spacers were inserted successively both in the cation and anion structures of the biotinylated imidazolium salts. Regarding the cation modifications, results show no major influence on the bio-hybrid catalyst behaviour. However, modifying the anion structure revealed the much more important role of the anion towards catalysis. Preparation of different anions, each bearing a different spacer, granting them different physico-chemical properties, gives rise to further information regarding the behaviour of the bio-hybrid catalyst, and possible cooperativity between avidin and the imidazolium salt. The ionic character of the interaction between the anion and the cation, allowing a greater freedom of movement of the anion inside the avidin’s cavity, and the tolerance of the bio-hybrid system to different substrates were studied.

Ce travail de thèse vise à comprendre les propriétés thermodynamiques et les mécanismes réactionnels engendrés dans les réactions de cycloaddition d'époxydes en milieu CO2 supercritique catalysées par des liquides ioniques pour la synthèse de carbonates cycliques. Les propriétés thermodynamiques (solubilité, gonflement, diagramme de phase) des mélanges binaires époxyde/CO2 ont été déterminées pour des époxydes modèles et des époxydes dérivées d'huiles végétales. Des suivis cinétiques in-situ par spectroscopie IR-TF et Raman ont été effectués pour déterminer l'influence de la nature des liquides ioniques étudiés et des paramètres température-pression sur les cinétiques de réaction. Des modélisations moléculaires de type DFT nous ont permis de proposer un mécanisme réactionnel en accord avec les résultats expérimentaux et de bien comprendre quels sont les rôles respectifs de l'anion et du cation du liquide ionique dans la réaction. / This thesis aims to understand the thermodynamic properties and reaction mechanisms generated in the cycloaddition reaction of epoxides in supercritical CO2 medium catalyzed by ionic liquids for the green synthesis of cyclic carbonates. Thermodynamic properties (solubility, swelling, phase diagram) of epoxide/CO2 binary mixtures were determined for commercial mono-epoxides and vegetable based epoxidized oils. Kinetics study in-situ by FTIR and Raman spectroscopy were performed to determine the influence of the nature of the ionic liquids studied and of different parameters such as temperature and pressure on the reaction. Molecular modeling using DFT method has helped us to propose a reaction mechanism consistent with the experimental results and to understand what are the respective roles of the anion and cation of the ionic liquid in the reaction.

L'objectif de ce travail est de comprendre la structure et les interactions des liquides ioniques au contact de surfaces métalliques à l’échelle moléculaire en ayant recours aux méthodes de dynamique moléculaire. Il s’agit également d’étudier l’impact de ces caractéristiques microscopiques sur les propriétés tribologiques du système. Les liquides ioniques choisis en tant qu‘huiles lubrifiantes potentielles présentent des propriétés biodégradables et des caractéristiques tribologiques appropriées. Ils reposent sur des cations alkylammonium combinés avec des anions alkylsulfonate et bistriflamide. Notre étude est structurée en quatre parties. Elle commence par l’analyse des liquides ioniques purs puis, des liquides ioniques confinés entre deux surfaces de fer à l’équilibre et sous cisaillement, et enfin, en présence d’eau. Les propriétés structurales et dynamiques des liquides ioniques sont étudiées à travers la fonction de distribution radiale et les coefficients d’auto-diffusion. L’organisation des charges ainsi que la formation de micro-domaines en solution sont étudiées conjointement au comportement diffusif des espèces ioniques. Un champ de forces atomique, basé sur des méthodes quantiques, a été développé pour modéliser les interactions entre les liquides ioniques et la surface métallique. Des calculs DFT ont été réalisés sur des fragments de liquides ioniques en interaction avec un cluster de fer en fonction de la distance et de leur orientation. Une fonction modélisant des interactions site-site a été ajustée aux valeurs d’énergies fragment–cluster calculées par DFT afin d’obtenir les paramètres du champ de forces. Finalement, la polarisation du métal par les ions a été prise en compte en utilisant un modèle de dipôles induits afin de reproduire l’énergie d’interaction entre les charges et la surface conductrice. Avec ce modèle d’interaction, les simulations de dynamique moléculaire ont permis d’étudier la structure de l’interface entre une surface de fer plane et différents liquides ioniques. Cette analyse s’est concentrée sur l’étude du positionnement des différentes espèces au niveau de la surface, sur l’orientation des chaines alkyles et sur les profils de densité de charge. Des simulations de dynamique moléculaire hors-équilibre de liquides ioniques en interaction avec des surfaces de fer ont été réalisées en utilisant le champ de forces développé précédemment. Un protocole de simulation, basé sur une définition locale de la pression, a été développé pour prédire de manière quantitative le coefficient de friction en fonction de la valeur de la charge et du taux de cisaillement. La dépendance de la friction avec la charge, la vitesse de cisaillement, la topologie de la surface et la taille de la chaine alkyle du liquide ionique a été étudiée. La variation des forces de friction s’explique par l’arrangement spécifique des ions et l’orientation des groupements du liquide ionique à proximité de la surface. Finalement, l’effet de la présence d’eau en petite quantité dans une solution de liquide ionique a aussi été étudié à l’équilibre et hors-équilibre. Un potentiel a été construit pour décrire les interactions entre l’eau et une surface de fer en utilisant la même approche que celle décrite précédemment. Des résultats préliminaires concernant la structure de l’interface liquide-métal et la valeur du coefficient de friction ont été présentés et comparés avec ceux obtenus pour les liquides ioniques purs. / The aim of the present work is to understand at the molecular level the structure and interactions of ionic liquids at metallic surfaces, using molecular dynamics simulations, and to investigate the impact that these microscopic features can have in the tribological properties of the system. The chosen ionic liquids as potential lubricant oils present suitable ecotoxic and biodegradable properties and appropriate tribological characteristics. They are based in alkylammonium cations combined with alkylsulfonate and bistriflamide anions. Our study is divided in four parts, starting from the analyses of pure ionic liquids solutions and evolving to systems of ionic liquids confined between surfaces of iron, at the equilibrium, under shear and also in the presence of water. Structural and dynamic properties of ionic liquids are investigated in terms of the site-site radial distribution functions and the self-diffusion coefficients. The presence of charge-ordering and the formation of micro-domains in solution are discussed, as well as the diffusive behavior of the ionic species. An atomistic force field for ionic liquids interacting with a metal surface was built based on quantum methods. Density functional calculations of alkylammonium cations, alkylsulfonate and bistriflamide anions interacting with a cluster of iron atoms are performed, at a series of distances and orientations. A site-site potential function was then adjusted to the DFT interactions energies, to obtain the force field parameters. Finally, the polarization of the metal by the ions was taken into account using induced dipoles to reproduce the interaction energy between charges and a conductor surface. Using this interaction model, molecular dynamics simulations were performed to study the structure of the interfacial layer of several ionic liquids at a flat iron surface, including analyses of the positional and orientational ordering of the ions near the surface, and charge density profiles. Non-equilibrium molecular dynamics simulations of ionic liquids interacting with iron surfaces were carried out using the specific set of interaction parameters developed previously. A procedure was developed for a quantitative prediction of the friction coefficient at different loads and shear rates, based in a definition of pressure measured locally. The dependence of friction on the load, shear velocity, surface topology and length of alkyl side chains in the ionic liquid was investigated. The changes in the frictional forces were explained in terms of the specific arrangements and orientations of groups forming the ionic liquid at the vicinity of the surface. Finally, the effect of the presence of water in a small quantity in an ionic liquid solution is also studied at equilibrium and non-equilibrium. An interaction potential was build that describes the interaction between water and an iron surface, using the same approach described previously. Preliminary results are presented on the structure at the metal–liquid interface and friction coefficient, and compared with the pure ionic liquids.

L'objectif de ces travaux était de synthétiser, caractériser et étudier le potentiel d'une sélection de liquides ioniques, pour la séparation de l'éthane et de l'éthène. L'influence dans l'absorption de l'éthène de la présence de trois cations métalliques, le lithium (I), le nickel (II) et le cuivre (II) dans un liquide ionique était également étudiée. Les liquides ioniques sélectionnés sont basés sur le cation imidazolium contenant des groupes fonctionnels au niveau de la chaine alkyle latérale. Les anions choisis sont le bis(trifluorométhylsulfonyl)imide, [NTf2], la dicyanamide, [DCA] et le méthylphosphite, [C1HPO3]. Sachant qu'un solvant de séparation idéale doit avoir une capacité d'absorption et une sélectivité de séparation élevées, une faible viscosité, une haute stabilité thermique et une cinétique d'absorption rapide pour le gaz sélectionné. Pour évaluer ces propriétés pour les milieux sélectionnés, plusieurs paramètres ont été déterminés la densité et la viscosité des liquides ioniques ainsi que l'absorption de chaque gaz dans les liquides ioniques. L'absorption de l'éthane et de l'éthène dans les liquides ioniques purs ainsi que dans les solutions de liquide ionique + sel métallique a été mesurée dans une gamme de températures comprises entre 303.15 K et 353.15 K et pour des pressions proches de l'atmosphérique. La sélectivité idéale des liquides ioniques pour l'absorption de l'éthane par rapport à l'éthène a ainsi pu être déterminée. La détermination de l'absorption en fonction de la température a permis d'accéder aux propriétés thermodynamiques de solvatation de ces gaz dans des liquides ioniques et à comprendre la manière dont les liquides ioniques interagissent avec ces solutés comment les liquides ioniques se structurent autour de ces molécules / The goal of this research was to synthesize, characterize and study the potential of selected ionic liquids as solvents for the separation of ethane and ethene. The influence on ethene absorption of the presence of three different metallic cations, lithium (I), nickel (II) and copper (II) in an ionic liquid was also studied. The selected ionic liquids are based in the imidazolium cation containing a functionalization in the alkyl side chain. The chosen anions were the bis(trifluorosulfonyl)imide, [NTf2], the dicyanamide, [DCA] and the methylphosphite, [C1HPO3]. Several parameters were taken into account for this primary evaluation, such as measurements of density, viscosity and absorption of each gas in the ionic liquids, since an ideal separation solvent should have a high absorption capacity and gas selectivity, low viscosity, high thermal stability and fast absorption kinetics for the selected gas. The absorption of the 2 gases in the pure ionic liquids and ionic liquid + metallic salt solutions was measured in the temperature range between 303.15 K and 353.15 K and for pressures close to atmospheric. The ideal selectivity of the ionic liquid for the absorption of ethane compared to ethene was determined. The determination of the gas solubility in function of the temperature allowed access to the thermodynamic properties of solvation of the gases in the ionic liquids, and a deeper understanding of the gas-ionic liquid interactions and the structure of the solution

No presente trabalho foram investigados vários sistemas moleculares contendo o dióxido de enxofre (SO2) como espécie elétron aceptora e diversas espécies elétron doadoras como aminas (alifáticas e aromáticas), complexos inorgânicos e líquidos iônicos. Estes compostos são chamados de complexos do tipo doador-aceptor, que no caso do SO2 são caracterizados por apresentarem baixas energias de ligação entre as espécies se comparada à maioria dos complexos desta categoria. A caracterização vibracional dos complexos e adutos de SO2, assim como do processo de transferência de carga (CT) intermolecular e da estabilidade destes sistemas consistem nos principais objetivos deste trabalho, tendo sido para tanto utilizadas as técnicas de espectroscopia eletrônica (UV-Vis), espectroscopia vibracional (Raman e infravermelho), cálculos de química quântica (DFT) e cálculos de dinâmica molecular clássica (MD). No caso de complexos entre aminas e SO2 foi observado que além da basicidade das aminas, o efeito estérico consiste em um fator crucial para a estabilidade. No caso de aminas aromáticas, complexos coloridos foram formados permitindo a obtenção de espectros Raman ressonante. No caso de um complexo inorgânico, com utilidade potencial como sensor de SO2foi observada a aplicação da espectroscopia Raman ressonante na caracterização do complexo de estequiometria 2:1. Já no caso da interação de SO2 e líquidos iônicos (LI) foi observada a capacidade de absorção de SO2 por LI e a conseqüente mudança das propriedades físico-químicas destes líquidos, o que abre a possibilidade, além de sua potencial utilização no contexto ambiental, de sintonizar propriedades de líquidos iônicos através da adição controlada de SO2. / In the present work molecular systems bearing the sulfur dioxide (SO2) as an electron acceptor species and several electron donor species as amines (aliphatic and aromatic), inorganic complexes and ionic liquids were investigated. Such complexes are commonly known as donor-acceptor complexes, and in particular, in the case of SO2 complexes are characterized by low binding energies when compared with the majority of charge transfer (CT) complexes. The vibrational characterization of the SO2 complexes, as well as of the intermolecular charge transfer (CT) process and of their stabilities are the main subjects of this work, and for such, electronic spectroscopy (UV-Vis), vibrational spectroscopy (Raman and infrared), quantum chemical (DFT) calculations and molecular dynamics (MD) simulations were used. In the case of complexes formed by amines and SO2 it was observed that besides the amine basicities, the steric effect plays a crucial role in their stabilities. In the case of aromatic amines, colored complexes were formed allowing the resonance Raman study. The use of Raman spectroscopy in the characterization of an inorganic complex (SO2 sensor) indicates the potential use of the resonance Raman effect for SO2 monitoring. In the case of the interaction between SO2 and ionic liquids it was observed the great capability of ionic liquids as SO2 absorbers, and the consequent change in the physical-chemical properties of these liquids, what opens the possibility, in addition to its potential use in the environmental context, for tuning the ionic liquids properties via the controlled addition of SO2.