La première année du Master mention Chimie propose un parcours renforcé nommé Frédéric Joliot-Curie (M1FJC) qui offre une formation approfondie dans la plupart des domaines de la chimie (chimie moléculaire, inorganique, analytique, chimie physique et spectroscopies). L’accent est également mis sur les disciplines qui nécessitent un formalisme mathématique poussé comme la thermodynamique statistique, la mécanique quantique, les simulations ou l’électrochimie. Deux UEs de chimie quantique et de caractérisation structurale par RMN sont communes avec les étudiants internationaux du master de l’Institut Polytechnique de Paris et dispensées en anglais.
L’étudiant choisit aussi une UE pour colorer sa formation et explorer certains développements contemporains des sciences chimiques (photo-électrostimulations, synthèse et applications des nano-objets, techniques d’analyse quantitative, synthèse organique avancée, etc.) ou les interfaces avec d’autres disciplines (biophysique, nanosciences, optique, etc.).
Tout au long de l’année, les étudiants sont confrontés à des travaux de recherche récents sous la forme d’activités variées (TP, mini-projet, analyse d’articles, etc.) avec comme objectif d’aiguiser leur sens critique et leur capacité de synthèse. L’année se finit par un stage de 4 mois minimum qui permet aux étudiants de mener à bien un programme de recherche complet qui peut être réalisé en France ou à l’étranger, dans un laboratoire académique ou en industrie.
Cette formation est co-organisée par l’Université Paris-Sud et l’ENS Paris-Saclay et s’appuie sur une double diplomation. Tous les étudiants du M1FJC préparent en même temps un second diplôme, pouvant être le Magistère de Physico-Chimie Moléculaire de l’Université Paris-Sud ou le diplôme de l’ENS Paris-Saclay. La validation de ce second diplôme nécessite de suivre environ 80 heures d’enseignement supplémentaires par rapport au M1.
Lieu(x) d'enseignement
ORSAY
GIF SUR YVETTE
PALAISEAU
Pré-requis, profil d’entrée permettant d'intégrer la formation
Le M1FJC s’adresse à des étudiants ayant une solide formation dans tous les domaines de la chimie et motivés par un renforcement des aspects théoriques et expérimentaux.
Compétences
Communiquer des informations et des résultats à différents publics en étant capable de décrire un protocole et d’organiser ses résultats.
Etablir et réaliser une démarche scientifique en chimie, théorique ou expérimentale, de manière autonome en organisant son temps de travail pour atteindre les objectifs fixés.
Identifier et mettre en œuvre les méthodes et techniques d’élaboration et/ou de production de molécules ou de matériaux en respectant les bonnes pratiques de laboratoire.
Choisir et mettre en œuvre les méthodes de séparation et de caractérisation de composés en connaissant les principes théoriques de la mesure et étant capable d’interpréter les résultats.
Prédire des propriétés physico-chimiques ou la réactivité des molécules et/ou des matériaux en combinant l’ensemble des savoirs disciplinaires.
Appréhender les propriétés liées à l’organisation spatiales de la matière et les aspects temporels des phénomènes chimiques.
Débouchés de la formation
Le M1FJC ouvre à la fois sur les M2 recherche mais aussi sur les M2 professionnalisant (PCGE, IMAM ou FESup) de la mention Chimie de l’Université Paris-Saclay.
Collaboration(s)
Laboratoire(s) partenaire(s) de la formation
Laboratoire de Chimie Physique
Institut de chimie moléculaire et des matériaux d'Orsay
Institut des Sciences Moléculaires d'Orsay
Photophysique et Photochimie Supramoléculaires et Macromoléculaires
Institut de Chimie des Substances Naturelles.
Chimie organique avancée et chimie organométallique
Langues d’enseignement :
FR
ECTS :
5
Détail du volume horaire :
Cours :14
Travaux dirigés :14
Travaux pratiques :8
Modalités d'organisation et de suivi :
Coordinateur :Xie Joanne
Déroulement et organisation pratique :
Le module est divisé en deux parties (cours+TD de chimie organique et chimie organométallique), plus une journée de travaux pratiques pour réaliser une synthèse multi-étape d’une molécule d’intérêt biologique, et une synthèse catalysée par de réactifs organométalliques.
Objectifs pédagogiques visés :
Contenu :
L’objectif de ce module est de renforcer la connaissance en chimie organique via les réactions de formation de liaison C-C, les oxydo-réductions et les protections de fonctions pour amener à la stratégie de synthèse totale. En chimie organométallique, l’étude de la structure et des propriétés des complexes des métaux de transition permettra de développer quelques applications synthétiques (stœchiométriques et surtout catalytiques) en synthèse organique.
Chimie organique : Oxydations, Réductions, Aldolisation dirigée, Contrôle stéréochimique des condensations aldoliques mixtes, Réaction de Mannich et réactions apparentées, Groupements protecteurs et Synthèses multi-étapes
Organométalliques : Propriétés des complexes, Réactions fondamentales, Applications stœchiométriques et catalytiques en synthèse organique.
Prérequis :
Programme de chimie organique de L3 chimie.
Bibliographie :
Chimie Organique, Clayden, Greeves, Warren Wothers, DeBoeck ;
Chimie Organique Avancée, Carey et Sundberg, DeBoeck Université ;
Protecting Groups, P. Kociénski, Thieme ;
Organic Synthesis, J. Fuhrhop, G. Penzlin, VCH ;
The Organometallic Chemistry of Transition Metals, R.H. Crabtree, Wiley Interscience.
Organometallic Chemistry, G.O.Spessard, G.L.Miessler, Prentice Hall.
Connaissances transverses pour l'insertion professionnelle
Langues d’enseignement :
FR
ECTS :
2.5
Détail du volume horaire :
Cours :18
Travaux dirigés :6
Cours à distance :4
Modalités d'organisation et de suivi :
Coordinateur :ERARD Marie
Déroulement et organisation pratique :
Ce module comporte des séminaires/ateliers à choix pour aider à l’insertion professionnelle, de l'auto-formation sous forme de MOOC, de vidéos et des exposés.
Objectifs pédagogiques visés :
Contenu :
Ce module a pour objectif de faire acquérir aux étudiants des connaissances transverses pour les stages et l’insertion professionnelle. Il traite :
- des différents métiers possibles après un master de chimie.
- des problématiques organisationnelles, économiques et scientifiques des entreprises afin de les aider dans leur recherche de stage et pour leur future insertion professionnelle.
- de la gestion de projets par autoformation à l'aide d'un MOOC /Vidéo.
- l'hygiène et la sécurité en entreprise.
Ce module comporte également des séminaires/ateliers à choix pour aider à l’insertion professionnelle qui portent sur:
- la rédaction de CV et lettre de motivation et de pitch/entretien
- l'éthique et l'intégrité scientifique
- les métiers de la recherche
- l'entreprenariat.
Le déroulement des enseignements comprend des séances de cours magistraux, de travaux dirigés et de travaux pratiques.
Objectifs pédagogiques visés :
Contenu :
Partie Spectroscopies optiques:
Introduction à la structure moléculaire : états électroniques, vibrationnels et rotationnels de molécules polyatomiques, hypersurfaces de potentiel.
Comprendre l’interaction lumière-matière et les transitions impliquées.
Faire appel aux spectroscopies optiques électronique, vibrationnelle et rotationnelle comme outils de description des molécules et d’analyse chimique :
1.Spectroscopie électronique – UV, visible : diagramme de Jablonski, spectroscopies d’absorption et de fluorescence
2.Spectroscopie de vibration-rotation (IR) et spectroscopie rotationnelle.
Partie électrochimie:
Comprendre la problématique cinétique en électrochimie, via les différents modèles du transfert électronique (Butler-Volmer, Marcus) et la relation avec la cinétique du transport de matière.
Savoir interpréter une courbe intensité-potentiel.
Comprendre le fonctionnement et l’utilisation des techniques électrochimiques courantes (potentiométrie, (volt-)ampérométrie, méthodes à balayage de potentiel et impulsionnelles). Comprendre comment la réaction électrochimique est influencée par des réactions chimiques couplées (aspects thermodynamiques & cinétiques) sur des mécanismes simples.
Prérequis :
Thermodynamique électrochimique
Cinétique formelle
Cinétique réactionnelle en phase homogène
Concepts de base de mécanique quantique.
Bibliographie :
Spectroscopie », J.M. Hollas, Dunod, 1998
« Identification spectrométrique de composés organiques », R.M. Silverstein, G.C. Bassler et T.C. Morrill, DeBoeck & Larcier, 1998
“Physical Chemistry”, P.W. Atkins, DeBoeck, 2009
“Electrochimie : des concepts aux applications”, F. Miomandre et al., Dunod, 4ème édition, 2019
“Electrochimie : concepts fondamentaux', C. Lefrou et al., EDP Sciences, 2013.
Période(s) et lieu(x) d’enseignement :
Période(s) :
Septembre - Octobre - Novembre - Décembre - Janvier.
L'enseignement d'anglais se fait par groupes de niveau dans les salles de classe dédiées spécifiquement aux langues, avec un équipement vidéo et audio. Six groupes au maximum groupes sont prévus.
Objectifs pédagogiques visés :
Contenu :
Pratique de l’anglais général et scientifique par thèmes dans les 4 compétences principales (compréhension de l’écrit et de l’oral, expression écrite et orale) selon une approche actionnelle inspirée du CLES.
Pratique de la prise de parole en public (exposé oral).
Méthodologie de la recherche de stage/d’emploi en anglais.
Reprise des fondamentaux en syntaxe et prononciation.
Période(s) et lieu(x) d’enseignement :
Période(s) :
Septembre - Octobre - Novembre - Décembre - Janvier.
Enseignement de type classique avec cours magistraux, travaux dirigés et travaux pratique avec mise à disposition d'éléments pédagogiques complémentaires sur l'ENT (annales, articles...).
Spectrometrie de masse : (8,75 Cours/ 10,5 TD, 8 h TP)
Chromatographie (8,75 h Cours/ 8,75 TD)
Travaux pratiques :
1- TP de 4 h sur le Couplage chromatographie/SM : Prise en main d’un appareil de GC-MS. Application à l’identification du mélange de Grob.
2- TP de 4 h de spectrométrie de masse : Prise en main d’un piège à ion. Etude de la structure d’un peptide par CID et spectroscopie IRMPD. La réactivité de molécules d’intérêt biologique et leur structure seront sondées en phase gazeuse en activant les ions correspondants, produits par une source Electrospray, avec des collisions avec un gaz rare ou bien par absorption des photons provenant d’un laser à CO2 à 10.5 µm ou OPO/OPA dans la gamme IR 2500-3800 cm-1.
3-Projets Bibliographiques sur thématique abordées en cours SM et chromatographie.
Objectifs pédagogiques visés :
Contenu :
L’objectif du cours est de donner aux étudiants un aperçu des différentes méthodes physico-chimiques d’analyse. Le cours est composé de deux parties :
Spectrométrie de masse
Fondamentaux de spectrométrie de masse.
Architecture d’un spectromètre de masse.
Sources d’ionisation : Impact électronique, Ionisation chimique, Electrospray et MALDI. Interprétation des spectres de masse (IE, IC, ESI). Analyseurs de masse : TOF, Analyseur magnétique, quadripôle. Les pièges à ions : Orbitrap, FT-ICR, Piège de Paul.
Spectrométrie de masse tandem : Application aux séquençages de peptides.
Méthodes de fragmentation peptidique en phase gazeuse : CID, ECD.
Couplage spectrométrie de masse-spectroscopie IR : Spectroscopie IRMPD
Chromatographie
Généralités et notions fondamentales de chromatographie.
Quantifier en chromatographie.
Chromatographie en phase gazeuse (généralités sur la CPG, appareillage, séparation en CPG, évolution de la CPG).
Chromatographie en phase liquide (généralités sur l'HPLC, appareillage, séparation en HPLC, évolution de l'HPLC).
Conclusion. Couplage chromatographie/SM.
Prérequis :
L3 de Chimie et Chimie Physique.
Bibliographie :
Mass spectrometry: a textbook, Gross, Spring Edition. Spectrométrie de masse : cours et exercices corrigés / Edmond de Hoffmann, Vincent Stroobant, 3e édition. – Paris.
Sol-gel, surfaces et fonctionnalisations organiques
Langues d’enseignement :
FR
ECTS :
5
Détail du volume horaire :
Cours :25
Travaux dirigés :25
Modalités d'organisation et de suivi :
Coordinateur :ALIX Aurélien
Déroulement et organisation pratique :
Enseignement de type classique avec des cours magistraux et des Travaux dirigés avec mise à disposition d'éléments pédagogiques complémentaires sur l'ENT (annales, articles...). 3 groupes de TD sont prévus.
Répartition horaire :
Sol-gel : Cours : 12h ; TD 12h
Chimie organique de conjugaison : Cours 8h ; TD : 8h
Fonctionnalisations de surfaces : Cours : 5h ; TD 5h.
Objectifs pédagogiques visés :
Contenu :
Une première partie de cet enseignement est dédiée à la chimie des cations inorganiques en solution aqueuse et à la polycondensation inorganique via le procédé sol-gel. Ce procédé permet de synthétiser, fonctionnaliser et mettre en forme des matériaux à base d’oxydes dans des conditions douces.
Une seconde partie est dédiée aux réactions organiques hautement performantes pour le greffage de molécules et biomolécules sur des surfaces, matériaux, biomolécules voire des cellules vivantes. Une large gamme de réactions organiques anciennes ou récentes seront donc revues, approfondies et découvertes via le concept de « Chimie Click » (cycloaddition, additions conjugués, formation d'amides, ouverture d'époxydes).
Enfin, une dernière partie sera consacrée à la fonctionnalisation spécifique de certains supports (polystyrène, nanoparticules d’or, verres,…) et aux techniques associées. Une attention particulière sera portée au greffage organique initiée par irradiation par des faisceaux d’ions, d’électrons et de photons, aux contraintes associées en termes de sélectivité chimique des fonctionnalisations induites sous rayonnement et aux échelles de structuration spatiale souhaitées.
Prérequis :
Notions de chimie organique, de chimie inorganique et de chimie physique de niveau L3.
Bibliographie :
"De la solution à l'oxyde : condensation des cations en solution aqueuse, chimie de surface des oxydes", Jean-Pierre Jolivet, Interéditions/CNRS éditions, 1994.
Ph. Allongue & J. Pinson, L’actualité chimique 327-328 (2009) 98
J.C. Love et al., Chem. Rev. 105 (2005) 1103
I. Utke, P. Hoffmann, J. Melngailis, J. Vac. Sci. Technol., B 26 (2008) 1197
A. Ulman, Chem. Rev. 96 (1996) 1533
W.F. Van Dorp, C.W. Hagen, J. Appl. Phys. 104 (2008) 081301.
Le cours est proposé en partage avec les étudiants de l’Insitut Polytechnique de Paris (IPP), il est organisé selon 20h dédicacées à la RMN (5 sessions de cours de 2h suivis de 5 sessions de TD de 2h et les enseignements ont lieu à l’Institut Polytechnique de Paris).
La session d’introduction à la RPE aura lieu à l’Université Paris Saclay (Orsay).
Objectifs pédagogiques visés :
Contenu :
L'objectif de ce cours est d'initier les étudiants aux techniques de détermination des structures par RMN, et en particulier celles des composés organiques et inorganiques. Une introduction à la RPE sera aussi proposée.
Spectroscopie RMN
• Introduction – RMN en ondes continues, historiques et exemples
• Principe, fréquence résonante de Larmor, excitation impulsionnelle, obtention du signal, traitement du signal, phénomène de relaxation.
• Le déplacement chimique, les couplages scalaires, origine et applications aux différents systèmes de couplage.
• Probabilité de transition, effet nOe.
• RMN à deux dimensions.
• Introduction à la RMN du solide et à la RMN de composés paramagnétiques.
Spectroscopie RPE
• Phénomène de résonnance paramagnétique électronique : l’instrumentation, le signal.
• Couplage spin électronique / spin nucléaire, anisotropie.
• Couplages électroniques intra- et intermoléculaires.
Prérequis :
Les étudiants qui suivent cette formation doivent avoir reçu des formations de base sur le principe de la RMN, sur l’analyse de spectres simples et de la physique quantique. Il est conseillé d’avoir des acquis en chimie moléculaire organique et organométallique.
Bibliographie :
Le cours est inspiré des livres suivants :
- Spin dynamics : basics of nuclear magnetic resonnance 2nd Edition, M. H. Levitt, Willey,
- Understanding NMR spectroscopy, J. Keeler, Willey.
- NMR, the Toolkit, P.J Hore, J.A Jones, S. Wimperis, Oxford Chemistry Primers, Oxford science publication.
Analyses quantitatives et préparation d'échantillons
Langues d’enseignement :
FR
ECTS :
5
Détail du volume horaire :
Cours :25.5
Travaux dirigés :15
Travaux pratiques :10.5
Modalités d'organisation et de suivi :
Coordinateur :Billault Isabelle
Déroulement et organisation pratique :
Cours ; TD et TP
Répartition horaire :
Préparation d'échantillons : Cours : 7,5 h ; TD 7,5 h
Analyse quantitative : Cours 7,5 h ; TD : 7,5 h
Outils statistiques : cours 10,5 h ; TP 10,5 h (2 groupes de TP).
Objectifs pédagogiques visés :
Contenu :
Techniques de préparation d'échantillons et de dérivations : Principes des techniques de préparation d’échantillons couramment utilisées pour l’extraction de composés organiques à partir de matrices complexes (échantillons liquides et solides). Méthodes de dérivation pour la détection par UV et fluorescence en HPLC et pour l’analyse par chromatographie en phase gazeuse.
Principes de l’analyse quantitative : Métrologie appliquée à la chimie : Etalons, étalonnage, traçabilité, propagation des incertitudes, mesurandes courants. Mise en œuvre du matériel classique de laboratoire Principales méthodes de mesure quantitatives. Analyse en matrices. Expression des résultats.
Statistiques Appliquées à la Chimie Analytique : Fiches de validation d'une méthode d'analyse. Mesures, notion d'erreurs systématiques et d'erreurs aléatoires. Analyse d’une série de résultats : Distribution à une variable. Lois de probabilité ; Notions d’intervalles de confiance, précision, incertitude, valeurs aberrantes, expression du résultat final. Introduction à l'analyse factorielle : analyses de variances.
Prérequis :
Connaissances des propriétés physicochimiques des composés et des solvants. Connaissances en chromatographie et détection (UV, fluorimétrie et spectrométrie de masse...). Idéalement avoir suivi l'UE Techniques d’analyse (chromatographies, spectrométrie de masse, spectroscopies optiques) ou similaire du S1. Niveau C2i.
Bibliographie :
"Comprehensive Sampling and Sample Preparation" Analytical Techniques for Scientists. J. Pawliszyn, Elsevier, volume 1 à 4.
"Analyse quantitative", Vogel, Mendham, Denney, Barnes, de Boeck, 2006.
Site CHIMACTIV (Ressources pédagogiques numériques interactives dans l'analyse chimique dans les milieux complexes) http://chimactiv.agroparistech.fr/fr.
Approches biophysique de l'interaction rayonnement - macromolécules biologiques
Langues d’enseignement :
FR
ECTS :
5
Détail du volume horaire :
Cours :30
Travaux dirigés :12
Travaux pratiques :8
Projet :4
Modalités d'organisation et de suivi :
Coordinateur :SICARD-ROSELLI Cécile
Déroulement et organisation pratique :
Enseignement composé de cours/TD/TP et d'une visite d'une installation. CM: 30h, TD: 12h, TP: 8h, Projet 4h.
Objectifs pédagogiques visés :
Contenu :
Comprendre l’interaction rayonnement-macromolécules biologiques de l’échelle moléculaire à l’échelle cellulaire : Etude et compréhension des mécanismes mis en jeu, implication dans le développement de pathologies, le diagnostic et les traitements.
Photochimie (UV-Vis-IR proche)
• Différents types et dispositifs, mécanismes moléculaires, couplages de techniques pour des approches multimodales
• Dommages-pathologies : effets sur l’ADN, carcinogénèse, effets secondaires des thérapies
• Diagnostic et Traitements (mode d’action des photosensibilisateurs)
Rayonnement ionisant
• Différents types et dispositifs, mécanismes, couplages avec les approches optiques
• Dommages-pathologies : dommages aux macromolécules biologiques (ADN, protéines, lipides), accidents nucléaires, effets secondaires des radiothérapies
• Diagnostic (RX, scintigraphie) et Traitements (radiothérapie, Curiethérapie, protonthérapie
Processus de réparation, mort cellulaire et effets sur l’organisme
Analyse d’articles scientifiques
Visite d’une installation permettant des études de photochimie ou de radiation: synchrotron SOLEIL, centre de protonthérapie d’Orsay par exemple
TP : Analyse des dégradations de macromolécules biologiques.
Enseignement avec cours magistraux, travaux dirigés et travaux pratiques avec mise à disposition d'éléments pédagogiques complémentaires sur l'ENT (annales, articles...).
1 groupe de TD est prévu et 2 groupes de TP.
TP sur Contrôle chimique des plasmons de surface de nanoparticules métalliques et synthèse nanoparticules d’or, ferrofluides aqueux, polymères de coordination.
TP/TD sur imagerie de fluorescence.
Modalités des contrôles des connaissances
Session 1 et 2 : F EE (0.7) + CC (0.3).
Objectifs pédagogiques visés :
Contenu :
Les objectifs seront de comprendre les effets de réduction de taille sur les propriétés optiques et magnétiques de quelques matériaux, ainsi que l’utilité de la fonctionnalisation dans les applications; de connaître quelques domaines d’applications tels que l’imagerie du vivant (fluorescence ou IRM), la thérapie du cancer (théranostic, ciblage tumoral, radio/hadron-thérapies) et la détection d’analytes ou polluants…
Programme:
Introduction à la synthèse et caractérisation des nanomatériaux, nucléation croissance et modélisation associée.
Synthèse, propriétés et exemples d'applications des nanoparticules inorganiques (métalliques, oxydes,QDs ...) : fonctionnalisation et post-fonctionnalisation de nano-objets, échange de ligands.
Nanoparticules de QDs et autres nano-objets pour l’imagerie du vivant.
Nanoparticules pour le domaine biomédical.
Capteurs.
Classical teaching with lectures and tutorials with additional pedagogical elements on ENT (former exams, articles...). Active participation of students (reverse courses). Investigative practical courses as projects. Practical courses in research and teaching laboratories. 2 groups of TPs are planned. 2 sessions of 1,75 hours of conferences.
Time distribution :
electrostimulation: Course: 5.25h; TD 3.5h
Photostimulation: Course 12,25h : TD 10,5h.
Objectifs pédagogiques visés :
Contenu :
Key aspects of societal challenges: health and energy
- Photophysics: Physical properties from the excited state (solvatochromism, excimer/exciplex, Pka, redox properties...)
- Quenching processes (FRET, electron and proton transfer)
- Electrochemistry and light: photochemistry, electrochromes, electrochimiluminescence
Applications (in condensed phase)
- Molecular sensors / photochromism / surface plasmon
- Opto-electronic components, photoelectrolyzers, displays.
Prérequis :
Bachelor (L3) of chemistry or physical chemistry.
Bibliographie :
JP Launay et M. Verdaguer: Electrons in Molecules: From Basic Principles to Molecular Electronics,
Y. Jean & F. Volatron: Structure électronique des molécules vol1 et 2, G. Herzberg: Molecular spectra and molecular structure. Vol. 1 & 3, J.R. Lakowicz : Principles of Fluorescence Spectroscopy et Topics in Fluorescence Spectroscopy;
B. Valeur: Molecular Fluorescence: principles and applications et New trends in Fluorescence Spectroscopy, ,
N.J Turro: Modern Molecular Photochemistry,
P. Suppau: Chemistry and light
F. Miomandre, P. Audebert : Luminescence in Electrochemistry, Springer, 2017.
Enseignement de type classique avec des cours magistraux, des Travaux dirigés et des travaux pratiques avec mise à disposition d'éléments pédagogiques complémentaires sur l'ENT (annales, articles...). 1 groupe de TD est prévu.
Production de molécules optiquement actives : Cours : 10,5 h ; TD 10,5 h ; TP 8 h
Hétéroéléments en synthèse organique : Cours 10,5 h ; TD 10,5 h.
Objectifs pédagogiques visés :
Contenu :
Cet enseignement complète la formation initiale en chimie organique en apportant de solides connaissances en synthèse asymétrique, en production de molécules organiques optiquement actives et dans l'utilisation en synthèse organique des réactivités conférées par la présence d'hétéroéléments (P, S, Se, Sn, Si,B). Synthèse asymétrique. Cette partie consacrée à la synthèse asymétrique détaille les différents modes de production de molécules optiquement actives par utilisation de substrats chiraux, de réactifs chiraux et de catalyseurs chiraux. Les concepts de dédoublement cinétique et de dédoublement cinétique dynamique sont également présentés. Chimie organique des hétéroéléments. Cette partie consacrée à la chimie organique des hétéroéléments vise à détailler, au travers de l'étude des mécanismes réactionnels, le rôle de la présence d'un hétéroélément dans de nombreuses réactions occupant une place centrale en synthèse organique. Un accent particulier est mis sur les similitudes et différences des réactivités induites et réactions permises par l'introduction dans une molécule organique d'un hétéroélément tel que P, S, Se, Sn, Si ou B.
Prérequis :
Chimie organique de niveau L3 et notions de réactivité fondamentale et de sélectivité vues en M1.
Bibliographie :
Chimie organique avancée, F. A. Carey, R. J. Sundberg, de Boeck, 1997.
Structure électronique et magnétisme : de la molécule au solide
Langues d’enseignement :
FR
ECTS :
5
Détail du volume horaire :
Cours :22.5
Travaux dirigés :21.5
Travaux pratiques :6
Modalités d'organisation et de suivi :
Coordinateur :MALLAH Talal
Déroulement et organisation pratique :
Enseignement de type classique avec des cours magistraux et des travaux dirigés et travaux pratiques (annales, articles...). 1 groupe. L'encadrement en TP est assuré par deux enseignants.
Deux parties: Structure électronique des solides et Magnétisme Moléculaire.
Objectifs pédagogiques visés :
Contenu :
L’objectif est de définir et interpréter les propriétés électroniques et magnétiques de systèmes discrets et étendus.
Etablir des relations entre structure électronique, propriétés et applications (stockage de l’information).
Contenu
Structure électronique des solides.
Le modèle de Sommerfeld : théorie des électrons libres, statistique de Fermi – Dirac, quelques propriétés du gaz d'électrons libres.
Électrons dans un potentiel périodique vers les bandes d'énergie : théorème de Bloch, zones de Brillouin, électrons presque libres, métal - semi-conducteur – isolant.
Introduction aux propriétés des solides : électroniques, de transport et propriétés magnétiques.
Magnétisme moléculaire : Paramagnétisme moléculaire, loi de Curie.
Interaction d’échange au sein de complexes binucléaires, mécanisme.
Propriétés magnétiques de complexes à spin élevé.
Comportement de nanoparticules magnétiques, notion d’anisotropie.
Prérequis :
Modèle du champ cristallin. Théorie des orbitales moléculaires. Connaissances de base de chimie quantique. Connaissances de base de la réactivité des complexes. Connaissances de base de cristallographie et de symétrie cristalline.
Bibliographie :
Molecular Magnetism, Olivier Kahn, VCH Publishers, 1993.
Solid State Physics, N. W. Ashcroft, N. D. Mermin, Saunders College, 1976.
Principles of the Theory of Solids, J. M. Ziman, Cambridge University Press, 1972.
Frontal lectures (cours) and hands-on training (travaux dirigés) in computer classes will be shared with IPP students.
Each frontal lecture will be followed by a 2hrs work in the computer lab. 9 sessions of computer lab are planned, and the last two (4hrs each) are devoted to work on a short research project.
Personal, independent work is expected during the hands-on training, during which various chemical and physical problems will be tackled bases on quantum chemistry methods.
To carry on the research projects, the students are required to apply the quantum-chemistry methods and the analysis tools that have been introduced during lectures and hands-on training.
The projects sessions will be supervised, and a short report describing the progress of the work is requested at the end of the first session.
Objectifs pédagogiques visés :
Contenu :
The main pedagogical objective is to see how electronic structure theories and approximation methods perform when dealing with realistic chemical and physical problems. Various electronic structure methods will be encountered: Hartree-Fock self-consistent field, density functional theory, and post-Hartree-Fock. Strengths and limitations of these methods will be discussed. Typical concepts encountered in quantum chemistry will be introduced, such as atomic basis sets, electronic correlation, restricted and unrestricted Hartree-Fock calculations.
Applications will focus on determining structure and energetics of organic and organometallic molecules, optical spectra, or transitions states.
Scientific objectives are the following:
•Getting acquainted with the state-of-the-art methods to compute molecular properties
•Mastering the basic use of a quantum chemistry package and visual interface
•Learning how to approach a physical/chemical question based on computational chemistry
•Evaluating the performance and validity of the used calculation method
•Employing experimental data or high-level quantum-chemistry calculations to support and to benchmark numerical results.
Prérequis :
Handling basic concepts of quantum mechanics is required: time-independent Schrödinger equation, atomic and molecular orbitals, electronic spin, optical spectra and excited electronic states.
Other more general required concepts are: potential energy surface, identification of minima of potential energy surfaces, normal modes, transition state.
Bibliographie :
R. Leach, Molecular modelling : principles and applications. Addison Wesley Longman, 2001 (2ème édition).
Enseignement de type classique en deux parties avec cours magistraux, travaux dirigés et travaux pratiques avec mise à disposition d'éléments pédagogiques complémentaires sur l'ENT. 1 groupe de TD et 4 groupes de TP sont prévus. Travaux pratiques: 1) Etude de la désactivation collisionnelle l’iode moléculaire excité en phase gazeuse; 2) Etude de la dynamique des états excités du pyrène et de son excimère : Compétition entre déclin unimoléculaire et quenching bimoléculaire; TP3) Cinétique Chimique par Photolyse-éclaire et Absorption Transitoire (4h) : Déclin unimoléculaire de l’état triplet de l’anthracène en phase solide. Etude cinétique de la photoisomérisation d’un colorant laser. Suivie d’une réaction de second ordre entre espèces radicalaires formées par photolyse-éclaire.
Objectifs pédagogiques visés :
Contenu :
L’objectif de ce module est d’une part de présenter les lasers, leurs fonctionnements et leurs utilisations comme sources en photochimie ou en spectroscopie pour le suivi de dynamique ou cinétique de réaction. D’autre part, il vise à introduire les modèles théoriques de dynamique réactionnelle et de cinétique chimique pour l’analyse de réactions et permettre leurs applications lors d’expériences.
Laser (CM : 8, 75 h, TD : 8,75 h) Fonctionnement d’un laser. Présentation de différents types de lasers. Applications. Utilisation des lasers en spectroscopie et dynamique.
Dynamique réactionnel et théories cinétiques de réactions (CM : 10.5, TD : 10h, TP : 12h) Modèle de collisions de sphères dures. Surface de potentiel : chemin et coordonnée de réaction. Règles de Polyani. Théorie de l’état de transition : Modèle d’Eyring. Réactions Unimoléculaires, Modèle de Lindemann & Hinshelwood : critique du modèle, théories RRK/RRKM. Réaction en solution : Réaction limitées par la diffusion ou par l’activation ; Rôle du solvant. Eléments de Photochimie et Cinétique des états excités.
Prérequis :
Cinétique et spectroscopie de niveau L3.
Bibliographie :
Cinétique et dynamique de réaction, M. Mostafavi, Edp, 2016.
Chimie physique, D. A. McQuarries, J.D. Simon, Dunod, 2000.
Chemical Kinetics and Dynamics, J. I. Steinfeld, W.L. Hase, Prentice Hall, 1998.
Laser Physics, S.Hooker, C.Webb, Oxford Master Series, 2010.
Structure électronique et propriétés des complexes
Langues d’enseignement :
FR
ECTS :
2.5
Détail du volume horaire :
Cours :12.5
Travaux dirigés :12.5
Modalités d'organisation et de suivi :
Coordinateur :MALLAH Talal
Déroulement et organisation pratique :
Cette UE est sous forme de cours-TD intégrés.
Objectifs pédagogiques visés :
Contenu :
Donner aux étudiants une formation avancée sur les concepts théoriques qui guident la structure électronique des complexes des métaux de transition ainsi que sur les spectroscopiques qui permettent leur caractérisation.
Structure électronique et niveaux d'énergie dans les complexes des métaux de transition:
Symétrie, invariance de l'hamiltonien, approximation de Born-Oppenheimer, termes spectroscopiques, produit direct
Ion libre, approximation monoélectronique
Modèle électrostatique, approches champ fort et champ faible
Termes spectroscopiques des complexes
Chimie et propriétés des complexes:
Stabilité et labilité. Effet chélate
Mécanismes des réactions de substitution et de transfert d'électrons
Applications : modèle du transfert d’électrons dans les complexes à valence mixte
Spectroscopie UV-visible:
Différents types de transition : ligand, CT, d-d
Transitions d-d pour les complexes de symétrie octaédrique. Cas d1, d9. Effet Jahn-Teller.
Transitions d-d pour les complexes de symétrie octaédrique. Diagrammes de Tanabe Sugano : (d2, d8), (d3, d7), (d4, d6), d5
Règles de sélection.
Complexes centro-symétriques octaédriques ou plan carré. Rôle des vibrations. Influence de la température.
Prérequis :
Chimie inorganique et chimie des complexes niveau licence.
Thermodynamique statistique et simulation moléculaire
Langues d’enseignement :
FR
ECTS :
5
Détail du volume horaire :
Cours :19
Travaux dirigés :21
Travaux pratiques :10
Modalités d'organisation et de suivi :
Coordinateur :Cailliez Fabien
Déroulement et organisation pratique :
L'UE se découpe en cours, TD et TP en salle informatique.
Objectifs pédagogiques visés :
Contenu :
Cette UE est composée de deux grandes parties.
La première concerne la présentation des fondements de la thermodynamique statistique et son application à l’étude des systèmes chimiques. Les notions clés de la physique statistique sont introduites (ensembles, entropie statistique, distributions de Boltzmann, moyenne d’ensemble) et appliquées au calcul de grandeurs thermodynamiques.
La seconde partie présente les deux grandes méthodes de simulation moléculaire (dynamique moléculaire et méthode Monte Carlo) dans une approche classique de mécanique moléculaire.
L’objectif de cette UE est de fournir à l’étudiant.e les concepts nécessaires pour comprendre le lien entre la description microscopique d’un système et les observables macroscopiques.
Ces connaissances doivent permettre à l’étudiant.e d’appréhender un article scientifique dans le domaine des simulations moléculaires et de porter un regard critique sur le protocole utilisé.
Prérequis :
Thermodynamique classique macroscopique (fonctions et variables d’état, principes, potentiels thermodynamiques),
bases de mécanique quantique, mécanique classique du point, notions de statistiques (probabilités, moyenne, variance).
Bibliographie :
• « Chimie Physique », P.W. Atkins, ed. de Boeck
• « Elements de physique statistique », S. Vauclair, InterEditions
• « Physique statistique », B. Diu, ed. Hermann
• « Introduction to Modern Statistical Mechanics », D. Chandler, ed. Oxford University Press.
Document justificatif des candidats exilés ayant un statut de réfugié, protection subsidiaire ou protection temporaire en France ou à l’étranger (facultatif mais recommandé, un seul document à fournir) :
- Carte de séjour mention réfugié du pays du premier asile
- OU récépissé mention réfugié du pays du premier asile
- OU document du Haut Commissariat des Nations unies pour les réfugiés reconnaissant le statut de réfugié
- OU récépissé mention réfugié délivré en France
- OU carte de séjour avec mention réfugié délivré en France
- OU document faisant état du statut de bénéficiaire de la protection subsidiaire en France ou à l’étranger.
