L3 - Chimie

Base de chimie du solide L2
Bases de mathématiques (symétrie, matrice, nombres complexes)

Cristallographie géométrique : groupe ponctuels, groupe d’espace, projection stéréographiques
Radiocristallographie : Loi de Bragg, modes de Bravais , extinctions et facteurs de structure ; dispositifs expérimentaux.

Décrire la matière à l’état solide (cristallisée) : structure, réseau, motif
-Analyser l’état solide par diffraction des rayons X

• Utiliser les outils de caractérisations adaptées pour l’état cristallisé : Cristallographie et radiocristallographie. Relation structure-propriétés

M. Van Meersche & J. Feneau-Dupont, Introduction à la cristallographie et à la chimie structurale, Van Der Editeur, Louvain, 1973, Peeters, Editeur, Bondgenotenlaan 153, B-3000 Leuven/Louvain 1988, Peeters.

A. Guinier, Théorieet pratique de la radiocristallographie, Dunod 1956

J.P. Eberhart, Méthodes physiques d'étude des minéraux et des matériaux solides, Doin 1976R.W.G. Wyckoff, Crystal Structures. Vol. 1 à 6, John Wiley, New York 1948 à 1963.

Base de chimie du solide L2
Base de cristallographie

Empilements ; solides métalliques ; solides ioniques
-Règles des rayons ioniques, Energie réticulaire ;
-Propriétés de semi-conduction ; diagramme de phases (introduction à la synthèse à l’état solide) ; introduction aux propriétés physiques (relation structure-propriétés)

Décrire la matière à l’état solide (cristallisée) : structure, réseau, motif
-Prendre conscience des relations entre structure et propriétés physico-chimiques

M. Van Meersche & J. Feneau-Dupont, Introduction à la cristallographie et à la chimie structurale, Van Der Editeur, Louvain, 1973, Peeters, Editeur, Bondgenotenlaan 153, B-3000 Leuven/Louvain 1988, Peeters.

J.P. Eberhart, Méthodes physiques d'étude des minéraux et des matériaux solides, Doin 1976R.W.G. Wyckoff, Crystal Structures. Vol. 1 à 6, John Wiley, New York 1948 à 1963.

A.F.Wells, Structural Inorganic Chemistry, Oxford Scient. Pub., 5èmeéd., 1982.

J. Cazaux, Initiation à la physique du solide. Exercices commentés, Masson, 1971

B. Cagnac et J.C. Pebay-Peyroula, Physique atomique tome 1, page 176-187, Dunod, 1971

Description des métaux de transition (configuration électronique, description des orbitales d) Description des ligands : denticité, hapticité Nomenclature des complexes Géométrie des complexes et isomérie des complexes Décompte électronique des électrons de valence du complexe : modèle ionique et covalent. Approche de la structure électronique par le modèle du champ cristallin

Information non renseignée Description du contenu de l'enseignement [publication] : Structure électronique des métaux de transition dans un champ de ligands au niveau moléculaire : -Construction des diagrammes d’OM par la théorie des groupes (interaction sigma et pi) -Modèle du recouvrement angulaire -Comparaison et limites des différents modèles (champ cristallin, OM, recouvrement angulaire) -Corrélation structure électronique / propriétés en fonction de la nature du métal (position dans le tableau périodique, degré d’oxydation, configuration électronique) et des ligands (ligands sigma donneurs, pi donneurs, pi accepteurs)

Travaux pratiques -Synthèse et étude par spectroscopie UV-visible de quelques complexes de Cu II (d9) (utilisation du modèle de champ cristallin pour déterminer Delta0, classement de quelques ligands au sein de la série spectrochimique des ligands) -Manipulation sous atmosphère inerte : Synthèse du[Cosalen] et fixation de O2

Savoir expliquer la structure électronique des métaux de transition dans un champ de ligands au niveau moléculaire par le modèle du champ cristallin, la construction de diagramme d’OM en utilisant la théorie des groupes (interactions sigma et pi) et la théorie du recouvrement angulaire -Savoir analyser les limites des différents modèles (champ cristallin, OM, recouvrement angulaire) et être capable de choisir et utiliser le modèle approprié pour répondre à un problème donné -Appréhender la structure électronique des métaux de transition dans un champ de ligands par spectroscopie d’absorption électronique pour les cas simples de configuration d1 ou d9.

K.F. Purcell, J.C. Kotz, Inorganic Chemistry, Saunders, Philadelphie, 1985 D.F. Shriver, P.W. Atkins, Inorganic Chemistry, Oxford University Press, Oxford, 1999 J. E. Huheey, E.A. Keiter, R.L. Keiter, Chimie inorganique, de Boeck, Paris, 1996 S.F.A. Kettle, Symétrie et structure : théorie des groupes en chimie, Masson, Paris, 1997 G. L. Miessler and D. A. Tarr, Inorganic Chemistry, 2nd Edition, Prentice Hall, 1999

Enseignement de chimie Inorganique du S5

Spectroscopie d’absorption électronique (règles de sélection, diagramme d’Orgel, diagramme Tanabé – Sugano):

                Approche champ faible
                Approche champ fort

-Magnétisme de systèmes dilués (susceptibilité magnétique, moment magnétique, loi de Curie) Travaux Pratiques : -Synthèse et étude par spectroscopie électronique de complexes de NiII dans différentes géométries (Octaèdrique, Tétraèdrique et plan carré). Utilisation des diagrammes Tanabé-Sugano -Synthèse et propriétés d’un complexe de FeII à transition de spin thermoinduite

Corrélation structure électronique / propriétés des complexes de métaux de transition de géométrie Oh et Td : -savoir utiliser les diagrammes Tanabé-Sugano pour analyser les spectres expérimentaux d’absorption électronique quel que soit le complexe -savoir prévoir et expliquer le comportement magnétique de complexes dilués (loi de Curie) quel que soit le complexe

F.A. Cotton, G. Wilkinson, C.A. Murillo, M. Bochmann, Advanced Inorganic Chemistry ,Wiley, New-York, 1999 et éditions précédentes Kahn O. : Structure électronique des éléments de transition . Ions et molécules complexes, PUF.

Attendus de l'UE Langue-Anglais3 : Niveau B2 minimum dans les 5 compétences linguistiques.

ANGLAIS DE SPÉCIALITÉ. Cette UE s'inscrit dans la continuité de l'UE Langue-Anglais2 tout en introduisant un travail sur la langue de spécialité (scientifique et/ou de l'entreprise) : on prolongera l'approche actionnelle dans les 5 compétences (compréhension orale et écrite, expression écrite, expression orale en continu et en interaction) à partir de thèmes choisis selon la filière (interaction à travers de documents écrits et/ou audiovisuels centrés sur une problématique et un scénario de communication). La communication interculturelle pourra être abordée dans le cadre du cours.

Le travail se fera par groupes de niveau.

Attendus de l'UE Langue-Anglais4 : Niveau B2+/C1 dans les 5 compétences linguistiques.

ANGLAIS DE SPÉCIALITÉ. Cette UE s'inscrit dans la continuité de l'UE Langue-Anglais3 et le travail sur la langue de spécialité (scientifique et/ou à visée professionnelle) : on prolongera l'approche actionnelle dans les 5 compétences et on s'attachera à la préparation de l'étudiant aux différentes tâches liées à son activité scientifique telles que la rédaction d'un compte rendu d'expérience, le commentaire d'un graphique, la desciption d'un processus mais aussi à son insertion dans le monde professionnel : rédaction d'un CV ou d'une lettre de motivation en vue d'un stage... On proposera une initiation au débat ainsi qu'un entraînement à la certification CLES 2.

Le travail se fera par groupes de niveau.

Un niveau d’anglais scientifique de base permettant de lire les documents scientifiques fournis

• Programme de chimie générale et de physico-chimie de niveau L1 à L3.

L’UE fonctionnera sous la forme de séances de cours/séminaires où les différents thèmes seront introduits et expliqués. A la suite, les étudiants seront répartis par groupes de 4-5 (au max.) avec un sujet bibliographique alloué à chaque groupe. Ces sujets (en lien direct avec les thèmes abordés en cours) seront accompagnés de documents scientifiques (articles, extraits de livres ou de thèses, en anglais et en français) que chaque groupe devra étudier de manière critique (une grille de lecture et un questionnaire les guidera) pour en faire une synthèse critique sous forme d’un court rapport écrit et d’une présentation orale qui se fera en présence de l’ensemble des étudiants de l’UE. Des séances de TD seront consacrées à aider et guider chaque groupe dans son étude bibliographique. Thèmes principaux proposés :

• "Poussières et gaz dans le milieu interstellaire" : les briques initiales. Focalisation sur la photochimie des glaces et la confrontation entre simulation expérimentale en laboratoire et observations astrophysiques.
• "Les petits corps du Système solaire et l'histoire de sa formation" : l'archéologie spatiale. Ce thème parlera des astéroïdes, des comètes, et des missions spatiales actuelles ou récentes les concernant, ainsi que des poussières extraterrestres et météorites qu'on analyse en laboratoire. On se focalisera ici sur l'aspect "chimie du carbone" et sur les techniques d'analyse physico-chimique.
• "Chimie du soufre sur Io" : un exemple d'objet totalement dépourvu de carbone et d'hydrogène et de ce point de vue totalement "exotique" pour la chimie classique étudiée habituellement. Modélisation thermodynamique des volcans d’Io et simulation expérimentale de la chimie du soufre à sa surface.

Il s’agit d’une UE d’introduction à l’Astrochimie dont l’objectif principal est de montrer aux étudiants comment on s'appuie sur différents domaines de la chimie et connaissances de base en chimie pour étudier et comprendre l'histoire de la matière dans notre Système solaire et au-delà. Pour cela, l’UE se focalisera sur quelques objets astrophysiques pouvant varier d’une année à l’autre et qui seront abordés suivant le type de chimie ou domaine chimique les concernant.

Les étudiants seront notés sur leurs rapports écrits et sur leurs présentations orales. Le travail collectif et l’investissement individuel seront tous deux pris en compte.

« Sciences de la Terre et de l’Univers », sous la direction de J-Y Daniel, Ed. Vuibert. « Aux confins du système solaire », A. Doressoundiram, E. Lellouch, Ed. Belin – Pour la Science « A la rencontre des comètes – De Halley à Rosetta », J. Lequeux, Th. Encrenaz, ED. Belin – Pour la Science. « Astronomie et Astrophysique », A. Acker, Ed. Sciences sup.

Le cours a été conçu pour accueillir des étudiants sans ou avec des connaissances en programmation, en général, ou en programmation Python en particulier.

Dans la partie cours, commune aux deux parcours, on discutera de façon succincte le développement des ordinateurs (hardware) et de la programmation (software) avec focus sur des applications scientifiques. Dans les séances TD, les étudiants attaqueront sous la supervision de l’enseignant, des problèmes de programmation scientifique (en niveau croissante de difficulté, selon parcours). Pendant des certaines séances TD, des petites discussions seront menées pour aborder les concepts (informatiques et/ou scientifiques). Ces dernières pourraient être basées sur des articles scientifiques. Nous aurons l’intervention d’un/une chercheur/chercheuse (France ou l’étranger) dans le domaine du développement de logiciels scientifiques en chimie théorique. Ils/elles nous présenterons leur parcours scientifique et recherche. Les étudiants prépareront des questions au préalable. Enfin, vers la fin du semestre, nous mènerons une discussion sur un logiciel scientifique de libre distribution.

Afin de répondre aux différentes connaissances au préalable des étudiants, notre module présentera deux parcours en parallèle : (1) Parcours Programmation scientifique et modélisation en chimie : ce parcours fournira aux étudiants sans compétences en programmation avec une vision globale sur l’implémentation d’algorithmes et méthodes numériques en chimie, dans un sens large. (2) Parcours Modélisation en chimie théorique : l’objectif de ce parcours fournira aux étudiants une vision globale et plus approfondie sur l’implémentation de méthodes numériques dans les logiciels de chimie théorique dans un contexte moléculaire. Dans les deux cas, le langage de programmation de choix sera Python sous Numpy.

Les séances compteront avec un courte introduction théorique sous la forme de cours participatif (contenus pas évaluables). Les travaux dirigés, à l’ordinateur, seront en individuel. L’UE sera évaluée à partir des cahiers d’exercices ou projet Jupyter. Les travaux dirigés peuvent être réalisés en français ou en anglais (choix de l’étudiant, voir remarques en bas).

Tout le matériel est préparé en français et en anglais. Les étudiants peuvent choisir à chaque instant la langue de communication avec l’enseignant ainsi que la langue écrite des travaux.

N’importe quel cours Python, par exemple : https://courspython.com/bases-python.html (français) https://docs.python.org/3/tutorial/ (anglais) https://realpython.com/ (anglais)

Bases de la chimie organique acquises lors des 4 semestres de Licence de Chimie (L1, L2) ou de BUT

Substances Naturelles : définitions -Les tensio-actifs : structure, chimie et applications -Les terpènes, structure, chimie et applications -les phénols : structure, chimie et applications

Appliquer les bases de la chimie organique à la connaissance des principales familles de molécules pour la santé et la cosmétique -Identifier les composants d’une formulation cosmétique

Cours/TD présentiels

Notions de chimie générale et de chimie organique de L1-L2 ou de DUT Chimie. notions de base de biologie (lycée)

• Généralités sur le risque chimique, physico-chimique et toxique au laboratoire, dans la société et pour l'environnement. • Notions d'écotoxicologie et biogéochimie des polluants :

• polluants dans l'environnement, divers types de pollutions
• cycles biogéochimiques (carbone, azote…) et leur perturbation par l'Homme,
• impact des polluants sur les écosystèmes. • Toxicologie humaine et impacts sur la santé :
• origine et voies d'exposition aux substances étrangères xénobiotiques (alimentation, polluants, COVs, exposition professionnelle, industrie, agriculture…),
• notions de toxicologie : toxicité aigüe, toxicité à long terme,
• métabolisme des xénobiotiques ; effets cellulaires (cibles),
• exemples de xénobiotiques cancérogènes, reprotoxiques, perturbateurs endocriniens.

OA1 : Être sensibilisé aux risques physico-chimiques, toxiques et écotoxiques liés entre autres aux activités de chimie (recherche / industrie) et à leur prévention OA2 : Acquérir des notions de base sur l'action des substances étrangères (xénobiotiques) sur l'organisme (toxicologie) et sur l'environnement (écotoxicologie) OA3 : Savoir établir un état de l'art (au niveau licence) de synthèse bibliographique des connaissances concernant l'impact toxicologique et/ou écotoxicologique de substances xénobiotiques.

Cours et travaux dirigés (dont études de cas). Mise à disposition de documents sous forme numérique. Travail personnel collaboratif des étudiants de synthèse bibliographique et analyse de publication scientifique, donnant lieu à une soutenance.

PICOT André, MONTANDON Frédéric (coordonnateurs). Écotoxicochimie appliquée aux hydrocarbures. Editions Lavoisier. 2013. PICOT André, DUCRET Jean. Sécurité et prévention des risques en laboratoire de chimie et de biologie (3e Éd.). Editions Lavoisier. 2013. RAMADE François. Introduction à l’écochimie – Les substances chimiques de l’écosphère à l’homme. Editions Lavoisier. 2011 RAMADE François. Éléments d'écologie. Écologie appliquée (7e Éd.). Dunod. 2012.

Chimie du solide / Thermodynamique / Chimie des solutions

Cours -Les différentes classes de matériaux -Propriétés des matériaux de structure : résistance mécanique et résistance à la corrosion -Méthodes de caractérisation des matériaux Cours/Conférences -Les problématiques matériaux pour les très grandes infrastructures de recherche : cas du LHC au CERN et de ITER (fusion nucléaire); -Les enjeux matériaux pour la construction d’une centrale nucléaire : étude de l’EPR ; -Les matériaux dans le bâtiment : exemple du béton TP

1. Propriétés mécaniques des métaux et alliages (traction, microdureté, résilience)
2. Méthodes microstructurales de caractérisation (MEB, micro optique)

Initiation dans le domaine des matériaux utilisés comme matériaux de structure et les matériaux spécifiques sous fortes contraintes environnementales (mécanique, chimique, thermique ou sous irradiation)

Enseignement de type classique avec cours magistraux et cours-conférence sur des domaines spécifiques, travaux pratiques ; projet et soutenance orale sur un sujet au choix ; Documents pédagogiques disponibles sur e-campus.

Ashby et Jones : Matériaux 1. Propriétés et applications (ED. DUNOD)

Bases de physico-chimie L1-L2 Curiosité scientifique

La gastronomie moléculaire est une discipline qui étudie les mécanismes physico-chimiques qui se produisent en cuisine. De par les diverses réactions qui interviennent, elle fait appel à la physique (transition de phase, percolation, variation thermique), la chimie (réaction acide-base, oxydation, complexation…), la physico-chimie (colloïde), mais aussi la biologie (réaction de fermentation, coagulation….). L’objectif de cet enseignement est de présenter cette discipline, de décrire le lien possible entre science et cuisine, recherche-innovation-application, et de travailler en projet.

Thèmes abordés :

Colloïdes alimentaires

• Gélification et percolation
• mousses et émulsions
• Encapsulation de liquides par formation de gel d’alginates.
• texturants. Synergie entre texturants

Utilisation de l’azote liquide

• Changement d’état, dilatation thermique. Le froid en cuisine
• Cryoconcentration

Coagulation, dénaturation et cuisson *Cas des albumines

• cuisson basse-température, basse pression

Ouverture : Recyclage, zéro déchet, cuisine durable, innovation Approche « matériaux » culinaires et dérivés

Appliquer les connaissances de physico-chimie au monde culinaire (et agro) Développer des connaissances en matière molle (colloïdes) Travailler en groupe : gestion de projet, restitution, travail expérimental S’initier à l’innovation, à la recherch

Cours magistral avec démonstrations qui posent les bases de physico-chimie et les concepts nouveaux (matière molle principalement) Projet TP

Secrets de la casserole, Herve This Un chimiste en cuisine, Raphaël Haumont Les papilles du chimiste, Raphaël Haumont

Matériaux pour l'énergie nucléaire : définition ; classes de matériaux en fonction des applications (combustible, réacteur, entreposage ou stockage) ; spécificité des matériaux nucléaires : environnements radiatifs ; classification de sources d'irradiation en termes d'endommagement des solides (particules chargées : ions, électrons, positrons, neutrons, photons). Simulation expérimentale des effets de l'irradiation par faisceaux d'ions accélérés. Physique de l'irradiation à l'échelle atomique : mécanismes d'interactions ; processus balistiques et électroniques ; mécanismes de création de défauts ; calcul de nombre de dpa (déplacements par atome) ; modélisation de l'endommagement par excitation électronique ; code de simulation SRIM. Comportement sous irradiation de quelques matériaux pour le nucléaire : combustibles et matrices de transmutation (matériaux céramiques) ; aciers de cuve et gaine de zircalloy ; matrices d'entreposage et de stockage. TP : utilisation du code de simulation SRIM (Stopping and Range of Ions in Matter) ; application à l'endommagement d'un combustible nucléaire (fragments de fission de l'uranium, désintégration alpha des actinides).

Découvrir la production d'énergie nucléaire sous l'angle des matériaux qui lui sont dédiés

Chimie générale S1 à S5

Volet diagnostic : de la molécule au dispositif et imagerie de métabolites. L’objectif de cette partie de l’UE est de partir des connaissances des cinq précédents semestres de licence en chimie pour les repositionner dans les domaines de la chimie supramoléculaire, des moteurs moléculaires et de la chimie de surface ainsi que de la chimie pour les technologies salle blanche. En partant de la molécule qui régit l’affinité avec un analyte, les grandes classes de capteurs miniaturisés seront décrites pour aboutir aux dispositifs fonctionnels. Ceci sera illustré par l’exemple des puces dédiées diagnostic des troubles du mouvement par l’analyse du liquide céphalo rachidien. Une initiation aux surfaces fonctionnalisées par des objets nanoluminescents sera proposée sous forme d’analyse d’articles. La question du diagnostic avec de telles surfaces sera investiguée (nanoparticules sensibles vs molécules sensibles). Les nano-objets présentés pourront faire écho à ceux présentés en seconde partie du module (voir plus bas). Enfin un séminaire sur l’imagerie de métabolites et une visite seront proposés. Un Séminaire sur la microfluidique par un intervenant EUGLOH (Lund) sera donné.

Volet thérapie : molécules et nanoagents contre le cancer L’objectif est de mettre à profit les connaissances des étudiants acquises les semestres précédents pour comprendre l’élaboration de molécules ou nanoagents pour la thérapie du cancer. Cette partie portera sur des aspects variés et se fera sous forme de séminaires donnés par des chimistes, physico-chimistes ou biochimistes. Ils porteront notamment sur :

Les « drugs delivery » (la délivrance de médicaments) pour le cancer ;
L’élaboration de nanoparticules radioamplificatrices ;
La radio immunothérapie

Une visite de start up sera proposée.

L’objectif principal de cette UE serait d’illustrer la relation étroite qui existe entre la chimie, la physico-chimie et la santé.

Enseignement avec cours magistraux, travaux dirigés/pratiques d’analyse. Des formats non conventionnels seront aussi présents : séminaires, visites. Documents pédagogiques disponibles sur e-campus

Connaissances élémentaires en spectroscopie (absorption UV-vis, fluorescence) et en éléctrochimie (loi de Nernst). Aucun prérequis en biologie.

Introduction des notions de biologie nécessaires (protéines, ADN, éléments de biologie cellulaire) Absorption UV-Vis : Qu’elles sont les informations qu’on peut obtenir sur une macromolécule avec son spectre d’absorption. Fluorescence :

Applications de la fluorescence en biologie de la macromolécule (structure, fonction) à la cellule (imagerie de fluorescence, dynamique et interaction des protéines ; physicochimie du milieu cellulaire)
Capteurs, dispositifs analytiques

Electrochimie :

Compréhension des mécanismes de transfert d’électrons dans les molécules biologiques (introduction à la voltamétrie cyclique)
Capteurs électrochimiques
Application en biologie cellulaire (microélectrodes, microscopie électrochimique)

Travaux pratiques

Manip1 : Fonctionnement d’un capteur à glucose pour le suivi du diabète
Manip2 : Suivi de la production de radicaux libres et activité superoxyde dismutase
Manip3&4 : Etude expérimentale et théorique de chromophores de protéines fluorescentes de la famille des GFP

Manip5 : Observation des interactions protéines-protéines en cellule vivante par FRET.

Décrire la structure des protéines à différents niveaux (structures primaires à tertiaires) Relier des propriétés spectroscopiques ou électrochimiques d’une biomolécule à sa structure tridimensionnelle

Utiliser des méthodes physico-chimiques différentes pour comprendre le fonctionnement des biomolécules

Cours/TD intégrés et TP en présentiel

Électrochimie - Des concepts aux applications - de Fabien Miomandre, Saïd Sadki, Pierre Audebert, Rachel Méallet-Renault Ed. Dunod Invitation à la Fluorescence Moléculaire de Bernard Valeur Ed. de Boeck

Cristallographie et structure des solides Oxydo-réduction et électrochimie Atomistique

Cours/TD

1. Contexte 1.1 Les différentes sources et formes d’énergie 1.2 Changement climatique et transition énergétique

2. « Nucléaire » 2.1 Les différentes formes d’énergie nucléaire : principes et utilisation 2.2 Les matériaux actuels et d’avenir pour les réacteurs nucléaires 2.3 Les déchets nucléaires et leur gestion …

3. « Solaire » 3.1 L’effet photoélectrique : fonctionnement d’une cellule solaire 3.2 Technologies actuelles et futures : matériaux, méthodes de fabrication 3.3 Recyclage

4. « Conversion et stockage électrochimique de l’énergie » 4.1 L’hydrogène comme vecteur énergétique (modes de production et de stockage) 4.2 Stockage et conversion électrochimique (batteries, supercondensateurs…)

1. Comprendre la place des matériaux dans la transition énergétique
2. Comprendre les principes de fonctionnement d’un panneau solaire et les enjeux en termes de fabrication et de matériaux
3. Connaître les technologies clés de la filière hydrogène
4. Connaître le principe de fonctionnement et les matériaux utilisés dans les batteries
5. Connaître le principe de fonctionnement et les matériaux utilisés dans les réacteurs nucléaires (fission et fusion)

Enseignement de type classique avec cours magistraux, travaux dirigés, travaux pratiques Documents pédagogiques disponibles sur e-campus. Exercices complémentaires proposés sous diverses formes (polycopiés, WIMS et/ou e-campus, étude d’articles scientifiques).

Electrochemical Energy Storage, J. M. Tarascon, P. Simon, Wiley, 2015 De l’oxydoréduction à l’électrochimie, Y. Verchier, F. Lemaître, Ellipses, 2006

Matériaux du nucléaire, Académie des Sciences, RST numéro 5, juillet 2020, Editions TEC & DOC

Chimie physique et analytique niveau L2, Chimie des solutions niveau L2, Chimie Organique niveau L2

Contenu théorique :

Introduction à la photophysique et à la photochimie
     Introduction
        Bref historique
        Nature de la lumière
        Interaction lumière-matière
     Etats excités et spectroscopies
        Rappels sur les états d’énergie : diagramme de Perrin-Jablonski
        Spectroscopie électronique
        Spectroscopie des molécules organiques (alcènes, diazo, carbonyles, aromatiques)
        Processus de relaxation et propriétés des états excités



Quelques grandes réactions photochimiques et leurs applications
     Les réactions de photoisomérisation
        Introduction
        Cas des alcènes
        Cas des composés azoïques
        Applications
     La photochimie des carbonyles excités
        Introduction
        Réactions de photocycloadditions [2+2]
        Réactions de Norrish
        Applications

Contenu pratique :

Travail expérimental et bibliographique en équipe sur une des problématiques de photophysique/photochimique proposées
Visite de la plateforme photochimie organique de l’ICMMO

Présentation de l’appareillage spécifique à la photophysique/photochimie

OAV1 : S’initier aux processus induits par la lumière : Principes fondamentaux de la photochimie et de la photophysique. OVA2 : Comprendre et détailler les principales réactions de composés chimiques dans un état excité. OAV3 : Etudier et mettre en œuvre expérimentalement des phénomènes ou réactions induits par la lumière et savoir en présenter les conclusions et perspectives.

Organisation : Enseignements avec cours magistraux, travaux dirigés, travaux pratiques et visite d’un laboratoire de Recherche. Mise à disposition d’éléments pédagogiques numériques (documents de cours et TD, annales et corrigés, tests en ligne). Travaux Pratiques en équipes => restitution sous forme d’un oral Visite d’un laboratoire de Recherche => restitution par rapport écrit

Photophysique et Photochimie : des fondements aux applications ; J. Delaire et al., EDP Sciences (2016)

• Modern Molecular Photochemistry; N. J. Turro, University Science Books (1991)
• Invitation à la fluorescence moléculaire ; B. Valeur, de Boeck Université (2004)
• Méthodes et techniques de la chimie organique, D. Astruc (Chapitre 7) Presses Universitaires de Grenoble (1999)
• Principles and Applications of Photochemistry; B. Wardle, Wiley (2009)

Les nanosciences et les nanotechnologies forment aujourd’hui un secteur stratégique de la recherche au carrefour de plusieurs disciplines (physique, chimie, biologie…). Cet enseignement est une introduction aux nanosciences en chimie.Il a pour objectif de sensibiliser les étudiants aux problèmes spécifiques liés à l’élaboration, à l’étude et aux propriétés des objets de taille nanoscopique.
Le cours porte sur les principales stratégies mises en œuvre pour l’élaboration d’objets organiques, inorganiques et carbonés de taille nanoscopique (polymères organiques, polymères inorganiques, fullerènes et nanotubes de carbones). Il présente aussi les effets de taille sur les propriétés des objets ainsi que les problèmes de caractérisation liés à leur taille, les problèmes de toxicité et leurs applications dans divers domaines.
Deux séances de Travaux Pratiques pour illustrer des notions abordées en cours sont proposées :
-Synthèse de nanoparticules magnétiques d’oxyde de fer de taille contrôlée - Ferrofluides
-Synthèse de billes de latex par polymérisation en émulsion

Cet enseignement est une introduction aux nanosciences en chimie. Il a pour objectif de sensibiliser les étudiants aux problèmes spécifiques liés à l’élaboration, à l’étude et aux propriétés des objets de taille nanoscopique.

Cet enseignement consiste en une introduction à la cosmétologie et à ses diverses applications. Le plan de cours est le suivant :

La réglementation
Les formes cosmétologiques
Les matières premières
Formulation et développement
Les produits cosmétiques

Quatre séances de Travaux Pratiques pour illustrer des notions abordées en cours sont proposées :

Préparation d’un baume à lèvres anti-gerçures
Préparation d’une crème cosmétique hydratante
Préparation d’un dentifrice
Formulation d’un vernis à ongles sensibles aux UV

Enfin, un projet personnel réalisé en binôme sera proposé aux étudiants, il consistera en la préparation d’un produit cosmétique au choix répondant à des problématiques actuelles.

Cet enseignement est une introduction à la formulation de produits cosmétiques. Il a pour objectif de sensibiliser les étudiants aux différentes stratégies utilisées dans l’industrie cosmétique pour l’élaboration de différents produits à usage quotidien.

Chaque équipe (composée de 4 à 6 étudiants) sera amenée à expliciter clairement ses objectifs collectifs et ses règles de fonctionnement. Ce point sera abordé très tôt en début de projet de façon à s’assurer de l’efficacité de fonctionnement de l’équipe. Découvrir les autres compétences au sein du groupe, apprendre à s’appuyer sur les autres membres de l’équipe afin de dégager les complémentarités et synergies éventuelles, sont des étapes importantes dans la réussite d’un tel projet. La méthodologie proposée est semblable à celle d'un Projet d’Entreprise avec des étapes successives qui vont de la Recherche au Développement en passant par les contraintes règlementaires et le marketing opérationnel et stratégique.

L’UE Management de Projet en Équipe (MPE) amènera l’étudiant à concevoir un projet avec comme objectifs majeurs d’apprendre (1) à organiser son travail au sein d’un groupe et (2) à s’intégrer dans un groupe et y trouver sa place. Il s’agit d’un élément clé de sa future insertion professionnelle.

À l'issue de la présentation générale du contenu et des objectifs du module en amphithéâtre, chaque groupe d’étudiants choisira un thème qui constituera son projet. Il devra ensuite :

• Effectuer une recherche documentaire approfondie et pertinente.
• Rédiger individuellement une fiche de liaison au fur et à mesure de l’avancement du projet.
• Faire une présentation orale de son projet. Le travail sera évalué à partir de la participation au travail de l’équipe au cours de l'avancement du projet, du dossier écrit et de la soutenance orale. Pour aider les étudiants dans leurs démarches, les bases théoriques de la gestion de projet en entreprise et du fonctionnement d’une entreprise seront également dispensées aux étudiants via quelques cours en amphithéâtre (9h).

Compétences préprofessionnelles Travailler en équipe : s’intégrer, se positionner, collaborer, communiquer et rendre compte

Compétences transférables S’organiser, gérer son temps et ses priorités Faire preuve d’initiative Mobiliser les informations pertinentes et les mettre en forme Construire et développer une argumentation Faire preuve d’esprit critique Respecter la syntaxe et l’orthographe Construire un exposé adapté à l’objet et au public Prendre la parole

Marchat H. Le kit du chef de projet. Editions Eyrolles, 257p, 2018. Ouvrage Collectif : Manager un Projet avec succès. Harvard Business Review, 165p, 2019.

Représentation des molécules (semi-développée, topologique), calcul des insaturations, connaissances des effets électroniques. Spectrométrie de masse: rupture homolytiques et hétérolytiques, fragmentations en impacts électroniques pour les cétones, aldéhydes, amines, alcools. Spectroscopie RMN: connaissances sur les observables (déplacement chimique, couplage scalaire, intégration), notion sur le spin nucléaire, connaissance de l'équivalence chimique et magnétique, lecture des tables RMN, analyse de système de spins simples (AX) du premier ordre.

Spectroscopie RMN 1H : Spin nucléaire. Déplacement chimique, intégration; relation avec la structure (effets électroniques, d'anisotropie, intermoléculaires) Couplage scalaire ; valeurs des constantes de couplage scalaire et structure moléculaire. RMN du premier et du second ordre. Systèmes de spins : AB, AX, ABX, AMX, AA’BB’, AA'XX'. Découplage chimique et radiofréquence.

Spectrométrie de masse : Eléments d'un spectromètre de masse, lecture d'un spectre de masse, sources d'ionisation (IE, IC et ESI), choix d'une source adaptée à l'échantillon et à l'analyse, fragmentations des dérivés carbonylés.

Analyse structurale de molécules organiques par spectroscopie RMN 1H et spectrométrie de masse

Spectrométrie de masse, 3ème éditions, Hoffmann et Stroobant chez Dunod. ISBN 978-2-10-049449-1

UE Chimie Organique Avancée du S5

Préparation et réaction des composés organométalliques

Organomagnésiens, organolithiens, organocuprates et organozinciques, préparation et propriétés.

Réactions des dérivés carbonylés (aldéhydes et cétones)

Additions nucléophiles (organométalliques, alcools, amines et analogues, hydrures, acide cyanhydrique, addition-1,4, phosphoranes - réaction de Wittig)

Propriétés de l'acidité en alpha du carbonyle (alkylation, aldolisation inter- et intramoléculaire, bromation)

Oxydation (Bayer-Villiger)

Réactivité des imines et amination réductrice

Réactions des dérivés carboxylés (acides carboxyliques et dérivés)

Alkylation des carboxylates, estérification, hydrolyses acide et basique des dérivés d’acide, décarboxylation des beta-cétoacides, réactions de Claisen et Dieckmann. Synthèse malonique.

Réactions des amines,

Activation de la fonction acide, agent de couplage et diazométhane.

Réactions de transpositions

Réarrangements de carbocations (Wagner-Meerwein, pinacolique) ; Réarrangements de Beckmann et de Curtius (et analogues).

OA 1 : Maîtriser la réactivité des composés carbonylés et carboxylés, de leur préparation à leur utilisation en synthèse organique multiétape.

OA 2 : Approfondir les connaissances sur les composés organométalliques de métaux de transition les plus courants.

OA 3 : Réaliser une réaction chimique en utilisant un protocole expérimental donné - rédaction d’un cahier de laboratoire.

Enseignements avec cours magistraux et travaux dirigés. Mise à disposition d’éléments pédagogiques numériques, documents de cours et TD, annales de partiels et d’examens.

Traité de Chimie Organique, Vollhardt, Schore, éditions de Boeck

• Chimie Organique, Clayden, Greeves, Warren, Wothers, éditions de Boeck
• Chimie Organique, les grands principes, J. Mc Murry ; éditions Dunod
• Le cours de Chimie Organique, J. Maddaluno ; éditions Dunod

Modules de chimie organique du L1 et du L2

Isomérie-stéréoisomérie (niveau 2) : Analyse conformationnelle Décrire les interactions déstabilisantes dans des cyclohexanes et dérivés (interaction butane gauche) Détermination des enthalpies libres des équilibres conformationnels pour les cyclohexanes polysubstitués, y compris décalines et acétals cycliques

Stéréoisomérie - chiralité Chiralité, pouvoir rotatoire, énantiomérie, diastéréoisomérie Activité optique en absence de carbones asymétriques (chiralité axiale) Exemples des allènes, spiranes, hémispiranes, etc. Notions de prochiralité et topologie

Réactions de substitution nucléophile et beta-élimination (niveau 2) : Groupes partants : dérivés halogénés et activation de la fonction alcool (OTs, OMs, etc) SN1 et SN2 : influence de la structure du substrat et des conditions expérimentales (effets de solvant, de groupes partants, participation du groupe voisin) b-éliminations E1, E2 et E1cb ; compétition E1/E2/E1cb et SN/E et élimination d’Hoffmann

Alcynes Généralités, définition, nomenclature, et propriétés Préparations des alcynes et leur réactivité Réactions de réduction (H2, boranes, LiAlH4, …) ; d’addition (X2, HX, H2O/H+, …) et cycloaddition. Réaction des alcynures : (substitution, addition, ...)

Pratiques de laboratoire Maîtrise des techniques générales expérimentales en chimie organique. (séparation, purification, analyse). Synthèse de composés organiques en appliquant un protocole adapté. Utilisation de verrerie adaptée et conditions expérimentales pour des transformations simples ou plus complexes. Rédaction d’un cahier de laboratoire.

OAV 1 : Approfondir les connaissances en isomérie et stéréoisomérie OAV 2 : Maîtriser les réactions de substitution nucléophile et de b-élimination OAV 3 : Décrire la synthèse et la réactivité des alcynes OAV 4 : Mettre en place la synthèse de composés organiques, les isoler, les purifier et caractériser. Rédiger et utiliser un cahier de laboratoire

Enseignements avec cours magistraux et travaux dirigés. Mise à disposition d’éléments pédagogiques numériques, documents de cours et TD, annales de partiels et d’examens.

Traité de Chimie Organique, Vollhardt, Schore, de boeck Chimie Organique, Clayden, Greeves, Warren, Wothers, de boeck

Chimie Organique, Chimie atomistique, Liaison chimique

Cours/TD I - Définitions

Notions de base
Masse molaire
Isomérie
Architecture
Copolymères
Classification

II - Polycondensation/polyaddition

Définitions
Classification
Polycondensats monodimensionnels
Polycondensats tridimensionnels

III - Polymérisation en chaînes

Généralités
Synthèse radicalaire

IV - Structures

Configuration
Conformation
Interactions macromoléculaires
Assemblages des chaînes

V - Propriétés

Masse volumique
Thermique
Mécanique
Classification des polymères selon leur utilisation

TP

Synthèse de l’alcool polyvinylique et étude des propriétés physico-chimiques du slime
Synthèse d’un copolymère greffé amidon-poly(acrylate de potassium)
Copolymérisation en suspension du styrène et du divinylbenzène
Préparation de particules de nylon

Acquérir des notions de base indispensables à la Science des Polymères. Savoir écrire la formule chimique d'un polymère, connaître les principales voies de synthèse des polymères. Comprendre pourquoi à partir d'une formule chimique donnée, il est possible d'obtenir des propriétés mécaniques, thermiques et/ou spécifiques aussi variées.

Cours, TD et TP en présentiel Examen final de 2h, comptes rendus de TP

La polymérisation Principes et applications 3ème ed. George Odian, Polytechnica, Paris, 1994

• Chimie des polymères Synthèses, réactions, dégradations Vol. 13 du Traité des matériaux, J.-P. Mercier, E. Marechal, Presses polytechniques et universitaires romandes, Lausanne, 1996
• Chimie et physico-chimie des polymères , M. Fontanille, Y. Gnagnou, Dunod, Paris, 2002

1. UE Transformations de la matière du L1 S2 PCST
2. UE Thermodynamique physique du L1 S2 PCST
3. UE Thermochimie : spontanéité et équilibres du L2

Application du potentiel chimique au corps pur et aux solutions de non-électrolytes Potentiel chimique du corps pur : état de référence, variation avec la pression Généralités sur les solutions : composition, grandeurs molaires partielles, grandeurs de mélange, solution idéale et réelle Solutions de non-électrolytes : loi de Henry et loi de Raoult

Application du potentiel chimique aux diagrammes binaires
    Liquide – vapeur : mélange idéal, mélange réel, azéotropie, miscibilité à l’état liquide, construction et utilisation des diagrammes, application à la distillation

Solide – liquide : mélange idéal, eutectique, composé défini. Construction et utilisation des diagrammes, application à l’élaboration de matériaux

1 – Connaître les hypothèses applicables aux solutions de non-électrolytes et leurs domaines de validité

Distinguer les zones d’applications des lois de Raoult et de Henry
Calculer des grandeurs de mélange
Appliquer la méthode de Roozeboom pour déterminer des grandeurs molaires partielles

2 – Identifier les différents domaines et zones particulières d’un diagramme binaire (phases, composition, composés définis, azéotropes/eutectiques)

Etablir un diagramme binaire à partir des courbes de refroidissement
Identifier les différents domaines (polyphasés, monophasés, azéotrope, eutectique…)
Calculer la formule d’un composé défini
Déduire des diagrammes les compositions des phases en équilibres et les quantités de matière

3 – Imaginer une expérience de distillation ou de synthèse en se basant sur des diagrammes binaires

Concevoir un protocole pour réaliser la purification d’un produit liquide

Elaborer une méthode permettant d’obtenir un composé solide de composition déterminée

Une partie de l’enseignement sera dispensée sous forme de projets de fin d’UE avec production d’un document écrit et soutenance du projet. Une évaluation de la production par les pairs, au moyen d’une grille critériée fournie par l’équipe pédagogique, aura également lieu.

Thermodynamique 1ère année MPSI/PCSI/PTSI : cours avec exercices corrigés, Jean-Marie Brébec et al., Hachette Éducation, 2003. Thermodynamique 2ème année MP-MP*/PC-PC*/PSI-PSI*/PT-PT*: cours avec exercices corrigés, Jean-Marie Brébec et al., Hachette Éducation, 2004. L’indispensable sur les diagrammes de phases, Jean-Luc Bonardet et al., Bréal 2010. Thermodynamique appliquée : diagrammes de phases, équilibres chimiques, systèmes unaires, binaires, ternaires, cours et applications, Abdel-Waheb Kolski, Ellipses, 2017

Notions sur les orbitales atomiques et moléculaires, notions de calcul matriciel, notions d’algèbre

I - Opérations et éléments de symétrie. Groupes ponctuels de symétrie. II - Représentations irréductibles et réductibles III - Applications : orbitales moléculaires de symétrie, et modes normaux de vibration IV - Produit direct. Applications : règles de sélection en spectroscopie UV Visible et en spectroscopie vibrationnelle (approximation harmonique

Déterminer le groupe de symétrie d'une molécule en analysant les éléments de symétrie Construire des représentations associées à des ensembles d’OA et à des vecteurs déplacements en coordonnées cartésiennes Déterminer les représentations irréductibles associées à des représentations réductibles Reconnaître la symétrie d’ OM Utiliser les règles de sélection pour prévoir l’activité de modes normaux en spectroscopie IR et Raman et des transitions électroniques en spectroscopie UV Visible

La théorie des groupes en chimie », F Volatron et P Chaquin, deBoeck. Molecular symmetry and group theory », R. Carter, Wiley. Cotton, Chemical Applications of Group Theory Introduction à la chimie quantique », Chapitre 10 , C. Leforestier, Dunod.

Notions de calcul vectoriel et matriciel, notions d’équations différentielles simples, orbitales atomiques et moléculaires

I - Introductions aux idées quantiques. II - Etude de modèles simples et postulats de la mécanique quantique. III - Les atomes hydrogénoïdes. IV - Méthodes d’approximation : variationnelle et perturbative. V - Les atomes poly-électroniques : déterminants de Slater. VI - Structure électronique des molécules diatomiques. VII - Molécules poly-atomiques de haute symétrie AHn.

Utiliser le formalisme de la mécanique quantique pour décrire la structure électronique des atomes hydrogénoïdes ainsi que poly-électroniques. Connaître les fondements de la structure électronique moléculaire : (i) détermination des orbitales moléculaires et la configuration électronique d'une molécule (méthode de Hückel étendue) ; (ii) connaître le principe de la méthode Hartree-Fock et (iii) extraire des informations de calculs de chimie quantique simples.

L’UE s’organise autour de cours, de TD et de TD sur ordinateur (appliquettes et logiciel de chimie quantique).

• Chimie-Physique, P. Atkins et J. de Paula, Edition de Boeck. • Introduction à la Chimie Quantique, C. Leforestier, Edition Dunod. • Structure de la matière, atomes, liaisons chimiques, M. Guymont, Edition Belin. • Structure électronique des molécules, Y. Jean et F. Volatron, Edition Ediscience. • Introduction à la théorie quantique, M. Desouter-Lecomte, Y. Justum et X. Chapuisat, Edition Ellipses

• Chimie des solutions • Bases de la Thermodynamique Chimique

Cours / TD • potentiel chimique et potentiel électrochimique • équation de Debye-Hückel et force ionique ; effet sur la solubilité • potentiel absolu et potentiel relatif d'électrode ; électrodes de référence • équation de Nernst • diagrammes E=f(pH) • piles et accumulateurs ; force électromotrice et effet de la température • pile de concentration • jonction liquide en régime stationnaire: potentiel de jonction • transport de masse: diffusion, migration, convection • conductivités spécifique, molaire et équivalente ; loi de Kohlrausch • courbes I=f(E) ; systèmes électrochimiques rapides TP • diagramme E=f(pH) du fer + influence de force ionique sur la solubilité du PbI2 • courbes I=f(E) d’un complexe de fer

décrire le fonctionnement d’une pile appliquer l’équation de Nernst et l’équation de Debye-Hückel établir et interpréter un diagramme E=f(pH) et une courbe I=f€

Cours, TD et TP en présentiel, 3 QCM en TD, notes de cours disponibles sur eCampus et exercices supplémentaires proposés sur WIMS.

« Electrochimie : des concepts aux applications », F. Miomandre, S. Sadki, P. Audebert, R. Méallet-Renault, 4ème édition, Dunod, 2019 « De l’Oxydoréduction à l’Electrochimie », Y. Verchier, F. Lemaître, Ellipses, 2006 « Electrochimie physique et analytique », H.H. Girault, 2ème édition, Presses Polytechniques et Universitaires Romandes, 2012