M1-CHIMIE SYLL. 08--09

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MASTER STME - MENTION CHIMIE

1ère année (2MCHI)

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MASTER STME MENTION CHIMIE – 1ère année (2MCHI)

Responsable: Pr. Catherine AMIENS

� Laboratoire de Chimie de Coordination du CNRS, 205 route de Narbonne, 31077 Toulouse Cedex 4 � 05 61 33 31 82 � [email protected]

Finalité Donner aux étudiants une solide formation dans les divers domaines de la chimie : - chimie moléculaire organique, organométallique, inorganique dans ses aspects fondamentaux (synthèse, mécanismes réactionnels, études spectroscopiques) et appliqués (de l’environnement aux matériaux, ...), première approche de la chimie supramoléculaire (interactions intermoléculaires (non covalentes) structurant les assemblées de molécules); - chimie physique : chimie théorique, chimie du cosmos, matériaux et composés moléculaires à propriétés électroniques remarquables et spectroscopie fondamentale; - chimie analytique : acquisition des outils physico-chimiques nécessaires à la conception et au développement des méthodes expérimentales et à la mise en œuvre des réactions de manière contrôlée, efficace et optimale); - A l’interface Chimie-Biologie en insistant sur le fonctionnement intégré d’une cellule et de ses relations avec les autres cellules constitutives d’un organe (Biochimie métabolique et régulation), sur les principes biologiques qui guident la création d’un nouveau médicament par exemple (Pharmacologie moléculaire), sur la cinétique et la catalyse chimiques, bases de l’enzymologie (Mécanismes réactionnels : application à la catalyse chimique et enzymatique).

La formation dispensée prend en compte la perspective de continuation en Master recherche, Master professionnel, préparation des concours de l’enseignement secondaire, Agrégation et CAPES, Ecole d'Ingénieur,...

Poursuite d’études

• Préparation d’un Master 2 recherche et ensuite d’un doctorat d’Université,

• Préparation d’un Master 2 professionnel en vue de l’entrée en vie active,

• Préparation des concours de l’Agrégation et du CAPES (ce dernier étant accessible depuis la Licence) (voir IUFM),

• Entrée sur titre en deuxième année de nombreuses Écoles d’Ingénieurs.

Conditions d’accès Etre titulaire d'une licence de Chimie, ou d'un diplôme reconnu équivalent par la commission de scolarité de 2ème cycle.

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Organisation générale

Le Master 1 chimie, centré sur un solide tronc commun (5 unités d’enseignement (30 ECTS)), est organisé en 4 parcours différenciés comportant chacun: 3 unités d’enseignement spécifiques à chaque parcours (2x6 ECTS + 1x3ECTS) et 3 unités d’enseignement à choisir parmi celles spécifiques aux parcours autres que celui choisi (2x6 ECTS) et une unité d’enseignement d’ouverture (3ECTS). L’unité d’enseignement de parcours à 3 ECTS peut être un stage. TRONC COMMUN

* 2M70CHM : Spectroscopies et déterminations structurales, diffraction des rayons X (12ECTS)

* 2M71CHM : Techniques de séparation (3ECTS)

* 2M80CHM : Travaux Pratiques "de la synthèse à la caractérisation", Modélisation Moléculaire (6 ECTS)

* 2M81CHM : Méthodologie de recherche et d’analyse bibliographique (6ECTS)

* 2M82CHM : Anglais (3ECTS)

UNITE D’ENSEIGNEMENT D’OUVERTURE (3ECTS) : UEO

Au choix de l’étudiant dans la liste ci-dessous, et en fonction de ses contraintes d’emploi du temps : *Une UE d’ouverture proposée par le M1 Chimie : (i) Contrôle de la qualité. Propriétés industrielles, (ii) Chimie bio-inorganique, ou (iii) Vous avez dit nano ? Polymères et nanomatériaux. *Une UE d’ouverture proposée en L2/3 : (i) Matériaux, (ii) Parfums, ou (iii) Energie, environnement et chimie ; *toute autre UE ouverture proposée par d’autres M, *UE Sport, *UE LV2, *Validation d’un stage d’été (effectué à la fin du L3) après avis de l’équipe pédagogique.

PARCOURS CHIMIE MOLECULAIRE

* 2M72CMM : Synthèse organique et chimie organométallique fondamentale (6 ECTS)

* 2M83CMM : Constructions moléculaires (6 ECTS)

* 2M84CHM : stage en laboratoire (3ECTS)

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PARCOURS CHIMIE PHYSIQUE

* 2M75CPM : Matériaux et composés moléculaires à propriétés électroniques remarquables (6 ECTS)

* 2M87CPM : Chimie théorique et cosmochimie (6 ECTS)

* 2M84CHM : stage en laboratoire (3ECTS)

PARCOURS SCIENCES ANALYTIQUES

* 2M74SAM : Chimie analytique pour l'analyse chimique (6 ECTS)

* 2M86SAM : Méthodes électrochimiques d'analyse (6 ECTS)

* 2M84CHM : stage en laboratoire ou *2M88SAM : chimie analytique en entreprise, suivant avis de l’équipe pédagogique (3ECTS)

PARCOURS CHIMIE BIOLOGIE

* 2M73CBM : Biochimie métabolique et régulation; pharmacologie moléculaire (6 ECTS)

* 2M85CBM : Mécanismes réactionnels : application à la catalyse chimique et enzymatique (6 ECTS)

* 2M84CHM : stage en laboratoire ou UE « Du métabolisme au métabolome », suivant avis de l’équipe pédagogique (3 ECTS). Module pré-requis pour postuler au M2P Biologie structurale, protéomique, métabolomique, option métabolomique.

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Organisation des enseignements

Les unités d’enseignement (UE) sont réparties sur deux semestres consécutifs de 13 semaines et ne sont pas répétées d’un semestre à l’autre.

PREMIER SEMESTRE 30 ECTS

Tronc commun 12 ECTS

Déterminations structurales

Tronc commun 3 ECTS

Techniques de

séparation

UE parcours 6 ECTS

UE à choix restreint 6 ECTS

UE ouverture 3 ECTS

TRONC COMMUN

2M70CHM : Spectroscopies et déterminations structurales, diffraction des rayons X

2M71CHM : Techniques de séparation

UNITE D’ENSEIGNEMENT D’OUVERTURE (3ECTS) : UEO

Au choix de l’étudiant dans la liste ci-dessous, et en fonction de ses contraintes d’emploi du temps : *Une UE d’ouverture proposée par le M1 Chimie : (i) Contrôle de la qualité. Propriétés industrielles, (ii) Chimie bio-inorganique, ou (iii) Vous avez dit nano ? Polymères et nanomatériaux. *Une UE d’ouverture proposée en L2/3 : (i) Matériaux, (ii) Parfums, ou (iii) Energie, environnement et chimie ; *toute autre UE ouverture proposée par d’autres M, *UE Sport, *UE LV2, *Validation d’un stage d’été (effectué à la fin du L3) après avis de l’équipe pédagogique.

PARCOURS CHIMIE MOLECULAIRE * 2M72CMM : Synthèse organique et chimie organométallique fondamentale

* 1 unité d’enseignement à choisir parmi :

2M75CPM : Matériaux et composés moléculaires à propriétés électroniques remarquables

2M74SAM : Chimie analytique pour l'analyse chimique

2M73CBM : Biochimie métabolique et régulation; pharmacologie moléculaire

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* 2M75CPM : Matériaux et composés moléculaires à propriétés électroniques remarquables

* 1 unité d’enseignement à choisir parmi : 2M72CMM : Synthèse organique et chimie organométallique fondamentale




* 2M74SAM : Chimie analytique pour l'analyse chimique





* 2M73CBM : Biochimie métabolique et régulation; pharmacologie moléculaire




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DEUXIEME SEMESTRE 30 ECTS

Tronc commun

6 ECTS - TP synthèse et caractérisation

-Modélisation moléculaire

Tronc commun 6 ECTS

- Méthodologie de recherche

- Analyse bibliographique

Tronc commun 3 ECTS Anglais

UE parcours 6 ECTS

UE à choix restreint 6 ECTS

UE parcours (stage possible)

3 ECTS

TRONC COMMUN

* 2M80CHM : Travaux Pratiques "de la synthèse à la caractérisation", Modélisation Moléculaire

* 2M81CHM : Méthodologie de recherche et d’analyse bibliographique

* 2M82CHM : Anglais


* 2M83CMM : Constructions moléculaires

* 2M84CHM : Stage en laboratoire


2M87CPM : Chimie théorique et cosmochimie

2M86SAM : Méthodes électrochimiques d'analyse

2M85CBM : Mécanismes réactionnels : application à la catalyse chimique et enzymatique


* 2M87CPM : Chimie théorique et cosmochimie

* 2M84CHM : Stage en laboratoire


2M83CMM : Constructions moléculaires 2M86SAM : Méthodes électrochimiques d'analyse


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* 2M86SAM : Méthodes électrochimiques d'analyse

* 2M84CHM : stage en laboratoire ou *2M88SAM : chimie analytique en entreprise, suivant avis de l’équipe pédagogique (3ECTS)


2M83CMM : Constructions moléculaires 2M87CPM : Chimie théorique et cosmochimie



* 2M85CBM : Mécanismes réactionnels : application à la catalyse chimique et enzymatique

* 2M84CHM : stage en laboratoire ou UE « Du métabolisme au métabolome », suivant avis de l’équipe pédagogique (3 ECTS). Module pré-requis pour postuler au M2P Biologie structurale, protéomique, métabolomique, option métabolomique.


2M83CMM : Constructions moléculaires 2M87CPM : Chimie théorique et cosmochimie

2M86SAM : Méthodes électrochimiques d'analyse

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Objectifs des 4 parcours du M1-Chimie


Responsable : Pr. Michel ETIENNE, � Laboratoire de Chimie de Coordination du CNRS, 205 route de Narbonne, 31077 Toulouse Cedex 4 � 05 61 33 31 76 � [email protected]

L’objectif est de donner aux étudiants une solide formation dans le domaine de la synthèse organique avancée, de la chimie inorganique moléculaire, de la chimie organométallique et de leurs applications dans divers domaines, de l’environnement aux matériaux moléculaires. Un premier aperçu des interactions intermoléculaires (interactions faibles non covalentes) qui structurent des assemblées de molécules est également proposé.

La Chimie Moléculaire est au cœur de la Chimie. L’âme de la Chimie Moléculaire est l’art de concevoir et de synthétiser de nouvelles molécules et d’en proposer des applications dans de larges domaines. La compréhension des voies de synthèses, des mécanismes réactionnels et des principes qui gouvernent les applications des molécules permet au chimiste d’affiner sa créativité. Le champ de la Chimie Moléculaire couvert par cette première année de Master va ainsi de la synthèse d’un nouveau médicament à la conception de matériaux moléculaires aux propriétés physiques contrôlées (par exemple, transfert d'électron photoinduit et applications pour la conversion de l'énergie solaire). De plus en plus, on assiste à une unification des sous disciplines traditionnelles que sont la chimie organique et la chimie inorganique moléculaires. Le nouveau médicament sera souvent obtenu grâce à l’utilisation, dans au moins une étape de sa synthèse, d’un catalyseur organométallique soigneusement élaboré grâce à des ligands organiques eux-mêmes sophistiqués. Enfin, une première approche de la chimie supramoléculaire est proposée. Le passage de la liaison covalente aux interactions faibles permet de structurer des assemblées de molécules aux propriétés totalement nouvelles. Les applications dans le domaine de l’environnement, de la chimie bio-inspirée, des matériaux à propriétés physiques ou chimiques spécifiques, etc. sont nombreuses et des exemples actuels seront donnés. Cette démarche pluridisciplinaire est reflétée par l'intitulé des deux UE (dans les 72 h d'enseignement de ces UE, 25h sont dédiées aux Travaux pratiques) et la possibilité d’effectuer un stage en laboratoire.

2M72CMM "Synthèse organique et chimie organométallique fondamentale", qui permet l'acquisition des outils,

2M83CMM "Constructions moléculaires", orientée vers la mise en œuvre de ces outils.

2M84CHM : Stage en laboratoire

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Responsable : Pr. Colin MARSDEN, � UPS, 118 route de Narbonne, IRSAMC, Bât 3R1 � 05 61 55 60 45 � [email protected]

La formation proposée dans ce parcours a pour objectif la compréhension et la prédiction des propriétés physico-chimiques de la matière, aux échelles microscopiques et macroscopiques. Les enseignements consistent en une sensibilisation aux méthodes de détermination et d'analyse des structures électroniques des molécules et des solides, ainsi qu'en un apprentissage des méthodes modernes de la chimie théorique (la chimie quantique et la dynamique réactionnelle). Nous montrerons qu'il est possible de déterminer des propriétés mesurables expérimentalement à partir d'une approche théorique.

Ce parcours est la suite naturelle de la Licence de Chimie, spécialité Chimie Physique, de l'UPS. Mais des étudiants d'autres formations sont évidemment les bienvenus; si vous avez des questions sur l'adéquation de votre formation, vous êtes invité à prendre contact avec le responsable du parcours ou avec un des responsables des modules.

Les aspects physico-chimiques de domaines très variés seront étudiés dans ce parcours: - des molécules du milieu interstellaire (les conditions de température et de pression étant différentes de celles qui existent sur terre, des espèces "exotiques" peuvent avoir une longue durée de vie dans ce milieu); - des composés magnétiques (antiferromagnetisme, composés à double échange); - des molécules d'intérêt en électronique moléculaire (effet mémoire, commutateur, etc); - des matériaux aux propriétés électroniques remarquables (conductivité, magnétisme, supraconductivité).

Dans les deux UE obligatoires de ce parcours, nous analyserons les liens entre structure électronique (aspect microscopique) et propriétés macroscopiques. Le cas du magnétisme sera traité en détail dans le module 2M75CPM, tandis que la théorie de la structure électronique sera appliquée à des systèmes d'intérêt cosmochimique dans le module 2M87CPM.


Responsable : Pierre GROS, � UPS, 118 route de Narbonne, Laboratoire de Génie Chimique, Bât 2R1 � 05 61 55 82 69 � [email protected]

L'analyse chimique a pour but l'identification et la détermination quantitative des constituants d'un échantillon de matière. Pour atteindre ce but, elle nécessite la mise en œuvre de nombreuses méthodes physiques et la plupart du temps des réactions chimiques.

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La chimie analytique est la discipline qui a pour objet le développement des méthodes expérimentales et des raisonnements permettant de résoudre les problèmes de l'analyse chimique.

L'objectif global de ce parcours à finalité concrète est de donner à l'étudiant les outils physico-chimiques nécessaires à la conception et au développement des méthodes expérimentales et à la mise en œuvre des réactions de manière contrôlée, efficace et optimale.

L'enseignement théorique et pratique traite d'exemples pris dans des domaines très variés comme l'agroalimentaire, l'environnement, le contrôle des procédés de transformation de la matière.

L'enseignement s'appuie sur les bases acquises dans le tronc commun des trois années de licence. Il est donc accessible à tout étudiant, quelle que soit l'option choisie au semestre 6. Les deux unités d'enseignement sont indépendantes.


Responsable : Pr. Myriam MALET-MARTINO � UPS, 118 route de Narbonne, Laboratoire SPCMIB, Bât 2R1 – porte 1012

� 05 61 55 68 90 � [email protected]

Ce parcours répond à la demande d’étudiants de Chimie qui ont pris conscience que l’interface Chimie-Biologie est une des interfaces majeures et que la bidisciplinarité est un atout important et original pour tout étudiant qui se destine à travailler dans l’industrie pharmaceutique, cosmétique, agro-alimentaire, vétérinaire ou dans l’environnement. Elle intéresse également des étudiants qui se destinent aux carrières de la recherche. En effet, notre capacité à imaginer de nouveaux médicaments par exemple est de plus en plus liée à la compréhension des phénomènes génétiques, biochimiques, physiologiques… conduisant à un état pathologique.

L’objectif de cette spécialité est de donner aux étudiants une quasi double formation conduisant à une profession à l’interface Chimie-Biologie au sens large.

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DEBOUCHES DU M1-CHIMIE

L’étudiant est entièrement libre du choix de son parcours.

En tant que première année de Master, le débouché principal du M1 est naturellement la poursuite en deuxième année de Master (M2). Toutefois, il est possible avec un M1 de candidater aux concours Ingénieur d’Etude des EPST.

Au niveau local, quelles que soient les UE autres que celles de la spécialité choisie : - la validation du M1 "Chimie Moléculaire" ouvre plein droit à la continuation en M2 recherche "Chimie Moléculaire: de la synthèse aux applications " ou M2 "Chimie Macromoléculaire et Supramoléculaire"; - la validation du M1 "Chimie Physique" ouvre plein droit à la continuation en M2 recherche "Chimie Physique et théorique"; - la validation du M1 "Chimie-Biologie" ouvre plein droit à la continuation en M2 recherche "Chimie pour le Vivant" et l’accès (sur dossier) au M2P Biologie structurale, protéomique, métabolomique, option métabolomique ; - la validation du M1 "Sciences Analytiques" permet l'accès (sur dossier) à des masters 2 professionnels orientés vers la chimie analytique, l'instrumentation, l'analyse et le contrôle de la qualité, le traitement des eaux, l'agroalimentaire, la parapharmacie…–par exemple, le Master 2 ‘Chimie Analytique et Instrumentation’ à Toulouse.

Soulignons que si, en plus des 2 UE à 6 ECTS obligatoires d’un parcours déterminé quelconque, un étudiant choisit et valide les 2 UE à 6 ECTS obligatoires d’un deuxième parcours se poursuivant en Master 2 recherche il pourra également intégrer, de plein droit, le M2 Recherche de ce deuxième parcours.

Selon le choix des UE, la formation M1 acquise peut également permettre la

poursuite d'études dans d'autres M2 tant en France qu'en Europe, y compris dans des Masters professionnels (sur dossier).

La validation du M1 donne droit à s'inscrire à divers concours, en particulier à l'Agrégation de Chimie. Après sélection de l'étudiant sur dossier, l'intégration à des formations préparant au concours de l'Agrégation de Chimie peut être envisagée. Une telle formation existe à l'Université Paul Sabatier.

Enfin, cette première année de Master peut également permettre l'intégration en deuxième année d'Ecoles d'Ingénieurs.

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Contenu des enseignements

TRONC COMMUN

* 2M70CHM - Déterminations Structurales (12 ECTS) Responsable: Dr. Véronique GILARD � Laboratoire SPCMIB- Bât II R 1- UPS 118, route de Narbonne, 31062 Toulouse Cedex 4 � 05 61 55 82 81 � [email protected] Equipe Pédagogique: C. BAUDOIN, F. COUDERC, H. DURAN, P. FALLER, V. GILARD, H. GORNITZKA, M. MARTINO, F. MATHIEU, C. PAYRASTRE Responsable TP: Cécile BAUDOIN � Laboratoire SPCMIB- Bât II R 1- UPS 118, route de Narbonne, 31062 Toulouse Cedex 4 � 05 61 55 68 07 � [email protected]

Matière Cours (h) TD (h) TP (h) ECTS Résonance Magnétique Nucléaire

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Spectrométrie de masse 6 6 Méthodes combinées 12 Travaux Pratiques 24

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Spectroscopies des espèces paramagnétiques (RPE et UV-Vis)

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Diffraction des rayons X 9 8

OBJECTIF

La spectroscopie est la pierre angulaire de la chimie moderne qu’elle soit organique, inorganique, moléculaire ou supramoléculaire. L’enseignement dispensé dans ce module a pour objectif de former les étudiants aux principales méthodes spectroscopiques tant sur le plan théorique que pratique mais aussi à apprendre les bases des méthodes de diffraction des rayons X, outil puissant de détermination structurale.

Cette UE permettra à l'étudiant :

- d’approfondir les bases de la spectroscopie RMN en particulier par l'utilisation des méthodes de RMN bidimensionnelles. - d’appliquer les méthodes spectroscopiques les plus courantes (RMN, Infrarouge, UV) et la spectrométrie de masse aux problèmes de détermination structurale (formule développée, isomérie, configuration, conformation...).

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- d'aborder en spectrométrie de masse, les méthodes d'ionisation récentes ainsi que les couplages mettant en évidence l'apport structural et analytique de cette méthode. - d’être sensibilisé à la complémentarité de ces différentes techniques. - d'être initié aux spectroscopies résonance paramagnétique électronique (RPE), pour l’étude des espèces paramagnétiques (radicaux organiques et inorganiques, complexes de métaux de transition) et l’application en chimie et biochimie. - Cette UE permet également à l’étudiant d’acquérir les bases des méthodes de diffraction des rayons X sur monocristaux appliquées à la détermination de la structure des molécules organiques et inorganiques. Cette méthode représente une des rares méthodes standard pour obtenir directement l’information sur la géométrie d’une molécule. Cet enseignement s'appuie fortement sur les éléments de cristallographie géométrique présentés au tronc commun de la licence de chimie (L3 - UE5). RMN: 26 h - Principe de la RMN, relaxations T1 et T2 - La spectroscopie de RMN 13C: les techniques de découplage du proton pour enregistrer les spectres 13C (effet nOe, spin-écho J-modulé, DEPT...) - Applications de la RMN à des problèmes de stéréochimie statique et dynamique - RMN à deux dimensions:

- Homonucléaire : COSY, COSY LR, COSY DQF, J-résolu - Hétéronucléaire: HETCOR, J-résolu - RMN 2D “inverse”: HMQC, HSQC, HMBC, - Corrélations “totales”: TOCSY - Spectroscopie NOE: NOESY, ROESY, EXSY

SPECTROMETRIE DE MASSE: 12 h - Introduction et Principe: rappels ionisation, isotopes, parités, analyseur, affinités protoniques, règle de Fields - Les méthodes d'Ionisation par Désorption: MALDI, FAB, ESI - Spectrométrie de masse en tandem (MS-MS) - Introduction aux couplages (GC-MS, LC-MS, LC-MS/MS)

METHODES COMBINEES: 12 h

Elucidation de structures à partir de l'utilisation conjointe de différentes techniques spectroscopiques (RMN 1D et 2D, IR, UV) et de la spectrométrie de masse.

SPECTROSCOPIES DES ESPECES PARAMAGNETIQUES: 16 h

- Spectroscopie électronique : Spectroscopie des complexes, transition d-d et transfère de charge (métal-ligand et ligand-métal), règles de sélection. Diagramme Tanabe-Sugano, Applications.

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- RPE : propriétés magnétiques de l'électron isolé; espèces identifiables par RPE; spectromètre, échantillon et spectre RPE; facteur de Landé, environnement chimique, effet d'écran; temps de relaxation, largeur de raie; relaxation spin-spin par interactions dipôle-dipôle, relaxation par interactions magnétiques d'échange; structure hyperfine du spectre RPE; structure superhyperfine du spectre RPE; structure fine d'un spectre RPE, théorème de Kramers. Application : ions métalliques et radicaux en chimie et biologie, exemples d’application industrielle ANALYSE STRUCTURALE PAR DIFFRACTION DES RAYONS X: 17 h - la symétrie cristalline et les groupes d'espace, - le facteur de diffusion atomique et le facteur de structure, - la densité électronique dans le cristal, - le problème de la phase et un exemple de solution de ce problème : la fonction de Patterson dans l'approximation de l'atome lourd.

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* 2M71CHM : Techniques de séparation (3 ECTS) Responsable : Dr. Joëlle AZEMA � Laboratoire SPCMIB- Bât II R 1- UPS 118, route de Narbonne, 31062 Toulouse Cedex 4 � 05 61 55 61 07 � [email protected]

Equipe Pédagogique: Joëlle Azéma, Stéphanie Cassel, François Couderc Responsable des TP "Techniques de séparation": Dr. Joëlle AZEMA � Laboratoire SPCMIB- Bât II R 1- UPS 118, route de Narbonne, 31062 Toulouse Cedex 4 � 05 61 55 61 07 � [email protected]

Matière Cours (h) TD (h) TP (h) Techniques de séparation 16 6 10

OBJECTIFS

Le cours de "Techniques de séparation" complète et approfondit les bases de chromatographie enseignées au tronc commun de la licence de chimie (L3 – UE5). Les notions acquises en L3-UE5, essentiellement basées sur un modèle statique, sont approfondies d’un point de vue dynamique de la chromatographie.

Outre des compléments donnés sur les techniques de séparation les plus courantes (chromatographie phase gazeuse, adsorption et partage), des techniques apparentées seront développées.

Cet enseignement a pour but de réaliser un inventaire, non exhaustif, de différentes techniques de séparation permettant des applications diverses tant au niveau analytique (pharmacologie, toxicologie, cosmétologie…) qu’au niveau préparatif pour la purification de molécules synthétiques.

16 heures de cours seront consacrées aux techniques suivantes : - Brefs rappels sur les propriétés physiques, les interactions moléculaires; les différents classements des solvants (Pearson, Hildebrandt, Rohrschneider). - Phénomènes de solvatation, ionisation et dissociation. Dynamique de la séparation chromatographique. - Compléments sur la chromatographie phase gazeuse. - Chromatographie liquide d'adsorption et de partage. - Chromatographies apparentées : échange de ligands, paires d'ions, ionique et d'échanges d'ions. Chromatographie chirale. Chromatographie supercritique. - Bases de l’Electrophorèse capillaire.

Le cours sera largement illustré, durant les TD (6 heures) d'exemples de séparations chromatographiques.

Deux TP de 5 heures seront dispensés en HPLC analytique.

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*UEO 1 ou 2 : Unité d’enseignement d’ouverture (3ECTS)

UEO1 : Vous avez dit nano ?

Responsable : Pr. Catherine AMIENS, � Laboratoire de Chimie de Coordination du CNRS, 205 route de Narbonne, 31077 Toulouse Cedex 4

� 05 61 33 31 82 � [email protected]

Equipe pédagogique : C. Amiens, J.-D. Marty,

Objectifs:

L’objectif de ce module d’enseignement est de montrer quelles sont les voies de synthèse chimique, et d’intégration dans des systèmes fonctionnels d’objets nanométriques ou nanostructurés. Ceux-ci sont des éléments essentiels des micro et nanotechnologies, et prennent une place de plus en plus importante dans la conception des systèmes en électronique, dans le domaine médical, etc. Cet enseignement est donc motivé par le développement des micro-nanotechnologies et le rôle majeur que la chimie va avoir à jouer dans ce domaine. Organisation de l'enseignement

Introduction (2h cours) • Economie des nanotechnologies : quels objets ? • Pourquoi l’échelle nanométrique ?

Polymeres organiques a l’echelle nano: (6h cours) • Du polymère au matériau polymère • Les polymères en solution • Design et synthèse de structures polymères nano et micrométriques • Exemples : Membranes de filtration, gels

Polymères inorganiques à l’échelle nano: (6h cours) • Procédé sol-gel • Stratégie pour le contrôle de la taille • Exemples : TiO2 (peinture, crème solaire, dépollution) et Fe3O4

(ferrofluides) Applications en micro & nano-technologies (10h sous forme d’exposés préparés par les étudiants en relation avec l’enseignant) Stockage des données : bandes magnétiques, disques dur, CD, DVD. ; Nanocomposites conducteurs et polymères nanoporeux pour la microélectronique ; Applications des nanomatériaux dans le domaine de la biologie (thermothérapie) et cosmétologique et pharmaceutique ; Applications au domaine de la séparation – membranes et nanofiltration. Nouveaux procédés de dépollution ; etc… Ce module transversale ne nécessite aucun pré-requis autre que la curiosité scientifique.

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UEO2 : Contrôle de la qualité. Propriétés industrielles Responsable : Dr. Jean-Daniel Marty � laboratoire des IMRCP-UPS, 31062 Toulouse Cedex 09 � 05.61.55.61.35 � [email protected] Equipe pédagogique : J.-D. Marty, F. Benoit-Marquié, K. Groenen Serrano

Objectifs : Ce module s’adresse à des étudiants venant de différents horizons scientifiques et ne nécessite aucune connaissance spécifique préalable. Il a pour but de faire un lien entre les différentes connaissances acquises par l’étudiant au cours de son cursus et propose une ouverture vers le monde industriel. Les exemples présentés seront pris dans différents domaines (chimie, matériaux, physique, biologie, …) et seront adaptés en fonction du public. Organisation de l'enseignement

Evaluation des risques et prise de décision 1) Plans d’expériences : un outil pour la prise de décision. -principe général -exemples d’utilisation dans différents domaines (agroalimentaire, pharmacie, matériaux, aéronautique..) : optimisation de la formulation d’un comprimé, composition d’un alliage utilisé dans les trains d’atterrissage 2) Tests statistiques : -Population et échantillon statistique -Applications des tests statistiques : validation des droites d’étalonnage ou de méthodes d’analyse, comparaison d’échantillons, interprétation des données des puces à ADN, détection de gènes quantitatif, etc … Contrôler l’incertitude : normes et contrôle de la qualité 1) Normes -Historique -Présentation des différentes normes (ISO). -Normes et environnement 2) Contrôle de la qualité - Définition - Exemples de mise en œuvre Propriétés industrielles 1) Du concept au brevet 2) Exemple : dans le domaine pharmaceutique (le médicament de la mise au point à la mise sur le marché), cosmétologiques, clinique, …

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* 2M80CHM - Travaux Pratiques "De la Synthèse à la Caractérisation", Modélisation Moléculaire (6 ECTS) Responsable de l’UE et des TP « Synthèse et Caractérisation » : Dr. Béatrice Mestre-Voegtlé ; � S.P.C.M.I.B 118, route de Narbonne, 31062 Toulouse Cedex Bât 2R1, porte 3094 � 05.61. 55.65.11 � [email protected] Responsable de « Modélisation Moléculaire » : Pr. Romuald Poteau ; � LPCNO, Département de Génie Physique, INSAT, 135 Avenue de Rangueil, 31077 Toulouse Cedex � 05.61.55.96.64 � [email protected] Equipe Pédagogique : TP «Synthèse et Caractérisation » : Catherine Amiens, Maryse Gouygou, Mary Grellier, Brigitte Guidetti, Béatrice Mestre-Voegtlé, Gwenael Rapenne. Modélisation Moléculaire : Marie-Catherine Heitz, Sophie Hoyau, Franck Jolibois, Laurent Maron, Romuald Poteau.

Matière Cours TP numériques TP TP "Synthèse et caractérisation" Modélisation moléculaire

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Objectifs Travaux Pratiques « Synthèse et Caractérisation » (TP, 24h)

Le but de ces TP est de présenter une vision unifiée du travail expérimental effectué en laboratoire au travers de projets expérimentaux se déroulant en continuité sur plusieurs séances. Ces projets couvriront la conception d’expériences et leur réalisation : synthèse de composés et caractérisation par les techniques spectroscopiques classiques (RMN1H, RMN13C, IR, UV, GC-MS) et la comparaison aux résultats issus de la modélisation. Modélisation Moléculaire (Cours, 6h ; TP numériques, 18 h)

Les performances des ordinateurs modernes, les développements méthodologiques récents des méthodes de chimie théorique, ainsi que la démocratisation des logiciels basés sur ces méthodes, permettent au chimiste de traiter par la modélisation moléculaire des systèmes de grande dimension, aussi bien comme outil complémentaire aux méthodes de détermination structurale que comme outil de chimie prédictive. On délivrera en cours et en TP un bagage minimal afin : de connaître les limites et les possibilités des méthodes ; de savoir comment accéder à des grandeurs comparables à l'expérience ; d’estimer la précision et la fiabilité des résultats. On proposera également de réaliser un projet en relation les TP « Synthèse et Caractérisation ».

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* 2M81CHM - Méthodologie de recherche et d’analyse bibliographiques (6 ECTS) Responsable : Dr. Maryse GOUYGOU, � Laboratoire de Chimie de Coordination du CNRS, 205 route de Narbonne, 31077 Toulouse Cedex 4

� 05 61 33 31 74 � [email protected]

Equipe Pédagogique : F. Ansart, C. Amiens, R. Chauvin, C. Denier, M. Etienne, C. Fournier, F. Benoit-Marquié, M. Gouygou, T. Leininger, R. Poteau, V. Pimienta, M. Duran-Barthez.

Objectif

Cet enseignement vise à initier les étudiants à la problématique de la recherche à partir d'une approche bibliographique en leur apportant une formation axée sur les outils de recherche de documentation et sur l’analyse de publications scientifiques. L’objectif pédagogique est la finalisation d’un rapport structuré type "mini-revue " impliquant la recherche et de l’extraction de données bibliographiques en anglais, leurs compréhension et analyse. Ce module pourra constituer un support bibliographique pour un stage en laboratoire. Organisation de l'enseignement

Méthodologie de recherche (6h TD) : Les méthodes de recherche ainsi que les différentes sources de documentations scientifiques y compris les bases de données informatisées (Sci Finder) seront présentées en travaux dirigés. Analyse bibliographique (47 TP) : Les travaux pratiques consistent en : - une recherche bibliographique, aussi exhaustive que possible, sur un sujet de recherche d'actualité, souvent complexe et parfois à la limite des acquis, dans différents domaines de la chimie (chimie moléculaire, chimie physique, chimie analytique ou chimie biologie selon les spécialités choisies). - une analyse et une synthèse des données bibliographiques. -la rédaction d’un document scientifique et la préparation d’une présentation orale.

Pour ce travail, l'enseignant sera à la disposition des étudiants qui travailleront en binôme pour les guider dans leurs recherches, expliquer les nouveaux concepts rencontrés et répondre à leurs différentes questions. Les connaissances en anglais scientifique nécessaires seront acquises dans le cadre du module d’anglais obligatoire.

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* 2M82CHM : Anglais (3ECTS)

Responsable : Florent Connerade, � 05 61 14 06 05 � [email protected]

Equipe Pédagogique: Nicolas Ghanty, [email protected], Leena Jasani [email protected]

Objectif de la formation :

Etre capable de lire, de résumer et de traduire une publication scientifique en anglais et également d’en faire une brève présentation orale. Cependant, il sera aussi important de travailler la compréhension orale à partir de documentaires scientifiques. Organisation de l’enseignement : (24 heures TD) 12 séances de 2 heures Bases de la phonétique anglaise – Lexique chimique de base : éléments, composés les plus courants, matériel de laboratoire, faux amis pour les francophones, etc…– Phrases et expressions clés pour les présentations orales – Exercices de traduction et de synthèse d’articles scientifiques en rapport avec la chimie – Dictées de textes scientifiques – Exercices de compréhension orale à partir de vidéos. Ce module d’anglais se fera en collaboration étroite avec le module de Méthodologie de Recherche et Analyse Bibliographique.

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* 2M72CMM : Synthèse organique et chimie organométallique fondamentale (6 ECTS)

Responsable : Pr. Michel ETIENNE, � Laboratoire de Chimie de Coordination du CNRS, 205 route de Narbonne, 31077 Toulouse Cedex 4 � 05 61 33 31 76 � [email protected]

Equipe Pédagogique: F. Bedos, G. Bouhadir, R. Chauvin, M. Etienne, M. Gouygou, M. Grellier. Responsable des TP : M. Grellier, � Laboratoire de Chimie de Coordination du CNRS, 205 route de Narbonne, 31077 Toulouse Cedex 4 � 05 61 33 31 77 � [email protected]

Matière Cours (h) TD (h) TP (h) Synthèse organique 14 10 Chimie organométallique fondamentale 12 11 Travaux pratiques 25

A- SYNTHÈSE ORGANIQUE

Cette partie du cours aborde la problématique de la synthèse "totale" d'une molécule cible quelconque. Cette situation pratique est nouvelle pour l'étudiant. Afin cependant de proposer des principes généraux ("notice de montage"), on prendra du recul sur des notions déjà rencontrées sous un angle plus formel que l'on redistribuera dans un but fonctionnel (dans une "boîte à outils bien rangée").

Prérequis. Tout l'enseignement de chimie organique dispensé en L1, L2 et L3 est supposé acquis. Toutes les réactions "classiques" de la chimie organique. Chimie de la fonction carbonyle, en particulier réactions d'aldolisation. Stéréochimie élémentaire (Z/E, R/S). Connaissance de l'existence des principales classes de molécules organiques d'origine naturelle (une brève présentation sera proposée).

Introduction. Analyse de la structure (Lewis, Cram) des molécules organiques. Notions de squelette et de fonction. Notions d'isomèrie avancées. Unités stéréogéniques. Notion de contrôle en synthèse organique. Enjeux sociétaux de la synthèse organique, quelques exemples.

I. Principes de stratégie de synthèse

1) Analyse fonctionnelle de la structure cible Squelette carboné et groupements fonctionnels. Notion de "niveau" d'oxydation (Z). Distinction des réactions d'oxydation (∆Z > 0), de réduction (∆Z < 0), et isohypsiques (∆Z = 0). Equivalence et correspondance redox par aménagement fonctionnel.

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2) Analyse rétrosynthétique.

• Réactions ioniques, concertées, radicalaires : rappels.

• Disconnections par alternance d/a (réactions ioniques).

• Reconnaissance des synthons donneurs et accepteurs sur la base des réactions classiques connues. Reconnaissance d'unités spécifiques (cyclohexène, cétones γ,δ insaturées,…) issues de quelques transformations concertées types (Diels-Alder, Claisen-Cope,…).

• Multiplicité des solutions stratégiques et analyse critique (sélectivité).

3) Illustrations-exemples.

• Molécule linéaire sans ambiguité stéréochimique : la méthylhepténone.

• Molécules cycliques avec ambiguités stéréochimiques : les carbocyles à cinq chaînons (ex. : prostaglandines).

II. Outils d'aménagement fonctionnel 1) Réactions isohypsiques. Isomérisation, éliminations et substitutions ne

mettant pas en jeu de liaison sigma C–C, protection-déprotection des groupes fonctionnels.

2) Réactions impliquant des transferts d'électrons. Classification mécanistique de Wiberg : illustration sur quelques réactions sélectionnées d'oxydation et de réduction.

III. Outils de travail du squelette carboné

Classification bilan des réactions impliquant des créations ou des ruptures de liaisons carbone-carbone (point de vue de la synthèse au delà du mécanisme). Dégradations-fragmentations; transpositions-réarrangement ; constructions. Sélection et discussion d'une trentaine de réactions utiles, connues ou nouvelles (en particulier utilisant des auxiliaires organométalliques).

B- CHIMIE ORGANOMÉTALLIQUE FONDAMENTALE

Cette partie de l'UE 2M72CMM montre, sur les bases de raisonnements orbitalaires simples mais rigoureux, comment la réactivité d'une molécule organique est totalement transformée par sa coordination à un métal de transition. La possibilité de moduler cette réactivité en fonction de la nature des complexes, donc de rendre sélectives les réactions recherchées, sera exploitée aussi bien pour des transformations stœchiométriques que catalytiques. Un accent particulier sera mis sur les notions fondamentales que sont les réactions d'insertion, d'addition oxydante et d'élimination réductrice, et de métathèse qui permettent de former ou de rompre de façon sélective des liaisons C-C, C-H ou C-X.. Des applications seront rencontrées dans d'autres parties du M1. Des développements plus importants seront proposés au cours du M2.

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1) Complexes organométalliques des éléments de transition : structure électronique (orbitales moléculaires, approche qualitative, et modèle de Dewar-Chatt-Duncanson) et décomptes d'électrons

2) Conséquence de la coordination pour la réactivité :

- cas de CO et des alcènes (ligands σ-donneur et π-accepteur), complexes de polyènes et polyényles

- inversion de polarité et attaques nucléophiles

3) Modulations des propriétés électroniques et stériques des complexes : les ligands phosphines

4) Les ligands hydrure et alkyle : la réaction d'insertion migratoire et la β-H élimination

5) Addition oxydante et élimination réductrice

6) Les complexes carbènes électrophiles et nucléophiles : quelques applications (au choix : réaction de Dötz, cyclopropanation, etc.) dont la métathèse de liaison C=C

7) Quelques applications en catalyse homogène : on s'attachera à montrer comment la combinaison des étapes élémentaires étudiées précédemment permet la formation catalytique sélective de liaisons C-C essentiellement, et ce pour des réactions ou procédés significatifs (hydrogénation et hydroformylation des alcènes, etc.)

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* 2M83CMM : Constructions moléculaires (6 ECTS)

Responsable : Pr. Nancy de Viguerie, � Laboratoire IMRCP-UMR 5623, 118 route de Narbonne, Bât 2R1, 3ième étage – porte 3038 � 05 61 55 61 35

� [email protected] Equipe Pédagogique: S. Cassel, M. Gomez, J.-P. Launay, B. Martin-Vacca, J.-D. Marty, G. Rapenne, P. Sutra, N de Viguerie.

Responsable des TP : Dr. B. Martin-Vaca � Laboratoire HFA-UMR 5069, Bât 2R1, 2ième étage – porte 2043 � 05 61 55 77 41 � [email protected]

Matière Cours (h) TD (h) TP (h) Complexes de coordination, macrocycles 12 14 Organisation moléculaire 11 10 Travaux pratiques 25

Dans ce module, on s'intéressera, dans la partie A, à des molécules

complexes ("briques de base"), dont la stabilité est due à des liaisons essentiellement covalentes. Ces molécules, de par leur structure, pourront déjà avoir des propriétés très particulières. Puis dans la partie B, on examinera les mécanismes d’interactions intermoléculaires aboutissant à des assemblages organisés, stabilisés par des liaisons faibles (non-covalentes), et on étudiera les propriétés physico-chimiques résultant de cette organisation.

Dans les deux parties, on insistera sur le rôle de la synthèse pour obtenir des molécules, ou des objets organisés, à propriétés modulables.

A- COMPLEXES DE COORDINATION, MACROCYCLES (26 h)

I. Synthèse et structure électronique de complexes de coordination particuliers (14 h)

- Délocalisation électronique et propriétés physiques. • Interactions magnétiques d'échange, • Transferts d'électrons facilités par un ligand conjugué • Transfert d'électron photoinduit. - Ligands non-innocents (complexes pour lesquels il est difficile de définir

un degré d'oxydation). Exemples : complexes avec le ligand nitrosyle, complexes de carbènes (Schrock, Fischer)

- Complexes et chimie bioinorganique.

II. Macrocycles (12h) - Introduction : intérêt des macrocycles, aspect thermodynamique (effet

chélate), aspects cinétiques. - Synthèse des macrocycles • Méthode de haute dilution (macrolactones, macrolactames) • Méthodes "chimiques" : Groupes rigidifiants (Porphyrines, calixarènes,

CTV), utilisation d'hétéro-éléments

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• Utilisation de l'effet de matrice (template). - Propriétés et applications des macrocycles • Complexes avec les métaux. Modification de solubilité, ou de réactivité.

Ether-couronnes, cryptands, etc… • Transport d'ions en milieu biologique : exemple du transport de Gd pour

imagerie médicale, détoxification • Macrocycles naturels pour le transport de O2, pour le transport

d'électrons dans la photosynthèse. • "Tours de force" synthétiques : rotaxanes, caténanes, noeuds. Possibles

applications en Electronique Moléculaire.

B- ORGANISATION MOLÉCULAIRE (21 h)

I. Introduction : Interactions de faible énergie Interactions plus faibles que les liaisons covalentes : liaisons hydrogène,

liaisons de Van der Waals.

II. Supramolécularité et sociologie moléculaire De la supramolécularité de couple à la supramolécularité de groupe :

- Reconnaissance hôtes-invités (de cations et d’anions, d’espèces organiques neutres) - Reconnaissance au delà du niveau hôte-invité : supermolécules de structure et de fonction parfaitement définies - Supramolécularité de groupe :

Phases organisées : cristaux liquides thermotropes (nématiques, smectiques, colonnaires), cristaux liquides lyotropes (micelles, microémulsions, membranes,…)

Macromolécules : Un polymère est constitué de chaînes macro-moléculaires comportant un grand nombre de motifs unitaires. Ces chaînes sont essentiellement associées entre elles par des interactions de faible énergie. De par leur grand nombre, ces interactions sont suffisantes pour assurer l’intégrité du matériau. Les propriétés usuelles (mécanique, viscoélastique,…) résultent de ces assemblages moléculaires particuliers. * Macromolécules biologiques (ADN, protéines) * Macromolécules de synthèse (du monomère au matériau polymère)

III. Applications (à sélectionner) - Reconnaissance moléculaire : capteurs chimiques, technique de l’empreinte moléculaire - Transport : auto-assemblages moléculaires comme systèmes biomimétiques - Application en réactivité : catalyse par transfert de phase, catalyse supramoléculaire, modèles d’enzymes, dégradation de polluants - Interactions faibles à l’origine des propriétés originales des certains matériaux : polymères à l’état vitreux ou cristallin, matériaux à haute tenue mécanique (Kevlar), muscles artificiels, polymères conducteurs.

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*2M84CHM: Stage en laboratoire (3 ECTS) Responsable : Maryse GOUYGOU, � Laboratoire de Chimie de Coordination du CNRS, 205 route de Narbonne, 31077 Toulouse Cedex 4 � 05 61 33 31 74 � [email protected]

Equipe Pédagogique : responsables d'UE et de TP du parcours Chimie Moléculaire, la responsable de l'UE "Méthodologie de Recherche, Analyse Bibliographique" (M. Gouygou). L'objectif du stage en laboratoire universitaire, d'une durée minimum de 6 semaines, est de mettre en pratique, dans le contexte quotidien de la recherche, les acquis tant théoriques qu'expérimentaux des étudiants au niveau d'un M1. Autant que faire se peut, le thème de recherche du stage est lié à celui abordé dans l'UE "Méthodologie de Recherche, Analyse Bibliographique". Il y a donc une forte continuité du sujet de recherche proposé, aux moyens mis en œuvre, à l'analyse des résultats jusqu'à un exposé oral. Un résumé synthétique de l'activité est remis à l'occasion de l'exposé.

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* 2M75CPM : Matériaux et composés moléculaires à propriétés électroniques remarquables (6 ECTS)

Responsable : Dr. Nathalie Guihery, � UPS, 118 route de Narbonne, IRSAMC, Bât 3R1 � 05 61 55 60 98 � [email protected] Equipe Pédagogique: N. Guihéry, V. Vetere, N. Suaud.

Responsable des TP : N. Suaud � IRSAMC, Bât 3R1, UPS, 118 route de Narbonne, � 05 61 55 76 94 � [email protected]

Matière Cours (h) TD (h) TP (h) Généralités sur les composés organo-métalliques et présentation de quelques outils

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Le magnétisme moléculaire 6 6 9 Introduction aux systèmes nanoscopiques et aux solides

4 4 6

Cet enseignement s'adresse à des étudiants de Chimie et ne nécessite pas

d'avoir préalablement suivi un parcours de chimie physique. Il a pour objectif de présenter certaines propriétés physico-chimiques des molécules et des matériaux. Nous nous attacherons plus particulièrement à décrire des composés pour lesquels les propriétés quantiques microscopiques induisent des propriétés macroscopiques intéressantes.

Parmi les applications envisagées, on peut citer les composés moléculaires magnétiques, des composés à transfert d'électrons empruntés au domaine de l'électronique moléculaire ainsi que des matériaux aux propriétés électroniques remarquables.

Généralités sur les composés organométalliques et présentation de quelques outils (37h) - Quelques notions sur la liaison chimique - Théorie du champ des ligands - Phénomène de rétrodonation et interaction métal-métal - Interaction électroniques fondamentales dans l'atome et dans les composés plurimétalliques - Systèmes faiblement et fortement corrélés : Hückel et Heisenberg,

Composés à transfert d'électron - Le transfert d'électron : couplage à travers l'espace - Le problème du double puits en mécanique quantique : imagerie STM – Les composés à valence mixte : le couplage à travers les liaisons - Relaxation nucléaire : la sphère de coordination - Applications à l'électronique moléculaire : le commutateur moléculaire par ex.

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Le magnétisme moléculaire (21h)

- Magnétisation, susceptibilité magnétique, propriétés générales - Composés comportant un centre magnétique : transition haut spin- bas spin - Le mécanisme LIESST (Light Induced Excited Spin State Trapping) : application aux mémoires moléculaires - Composés comportant plusieurs centres métalliques : interactions antiferromagnétiques, ferromagnétiques, ferrimagnétiques - Le couplage magnétique et les propriétés collectives

Introduction aux systèmes nanoscopiques et aux solides (14h)

- Les ondes planes et les fonctions de Bloch - Conducteurs et isolants - définitions - La structure de bandes vue par Hückel : système monodimensionnel (1D) dont la taille tend vers l'infini - Quelques propriétés des systèmes 1D en Heisenberg : étude des gaps - Hückel : transition métal isolant dans le polyacétylène - Un cas particulier : les agrégats de carbone traités en Hückel et en Heisenberg - Des fullerènes aux nanotubes - propriétés de conduction des nanotubes en fonction des géométries.

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* 2M87CPM : Chimie théorique et cosmochimie (6 ECTS)

Responsable : Pr. Thierry Leininger � IRSAMC, Bât 3R1, UPS, 118 route de Narbonne, � 05 61 55 61 52 � [email protected] Equipe Pédagogique: S. Evangelisti, M.-C. Heitz, A. Klotz, T. Leininger

Responsable des TP : Dr. A. Klotz � CESR � 05 61 55 66 54 � [email protected]

Matière Cours (h) TD (h) TP (h) Chimie quantique 10 12 8 Dynamique réactionnelle 6 6 cosmochimie 10 10 10

L'objectif de cette UE est double: il s'agit d'une part (a) d'introduire le

formalisme des méthodes actuelles de la chimie théorique et leurs applications en réactivité, physique moléculaire et spectroscopie, et d'autre part (b) de proposer une initiation à la physico-chimie théorique des milieux rencontrés dans l'univers (milieux interstellaires, enveloppes d'étoiles, comètes, etc). Il y a évidemment des liens étroits entre ces deux aspects du module.

A - Chimie théorique

Le but de cet enseignement est de démontrer la possibilité d'obtenir des propriétés mesurables expérimentalement à partir d'une approche purement théorique, basée uniquement sur les premiers principes, et ainsi de comprendre et rationaliser des propriétés et processus moléculaires à l'échelle microscopique.

L'enseignement comportera deux parties :

1 - Chimie quantique (30 heures)

Parmi l'ensemble des méthodes de calcul de structure électronique actuellement utilisées, les formalismes des méthodes les plus représentatives seront étudiées : méthode Hartree-Fock (notions d'orbitales moléculaires et champ moyen), interaction de configurations (notion de corrélation électronique) et fonctionnelle de la densité. Nous aborderons également le calcul des propriétés (moments dipolaires, fréquences de vibration, spectre de photoélectrons …) et l'exploration des surfaces d'énergie potentielle (optimisation de géométrie, recherche d'états de transition).

2 - Dynamique réactionnelle (12 heures)

Différents processus réactifs seront décrits en se plaçant à l'échelle moléculaire: trajectoires classiques/propagation de paquet d'ondes en jets moléculaires, processus photo-induits (photochimiques et photophysiques).

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Les notions de dynamique moléculaire nécessaires à la description théorique de ces processus seront introduites: trajectoires classiques, états vibrationnels, paquets d'ondes.

B - Cosmochimie (30 heures)

Dans cet enseignement, nous proposons de faire la synthèse de différents sujets, notamment la spectroscopie, la dynamique réactionnelle et la chimie quantique, dans le but de comprendre la physico-chimie des différents milieux rencontrés dans l'univers, et en particulier comprendre comment on peut déterminer, à grande distance, la nature d'un objet. Une première partie de l'enseignement consistera à présenter les spécificités de ces différents milieux et à résumer les principes de la cosmologie observationnelle. La plus grande partie sera consacrée à l'application pratique des méthodes de la chimie théorique à des problèmes d'intérêt cosmochimique.

*2M84CHM: Stage en laboratoire (3 ECTS) Responsable : Pr. Colin MARSDEN, � UPS, 118 route de Narbonne, IRSAMC, Bât 3R1 � 05 61 55 60 45 � [email protected]

Equipe Pédagogique : responsables d'UE et de TP du parcours Chimie Physique responsable de l'UE "Méthodologie de Recherche, Analyse Bibliographique" (M. Gouygou). L'objectif du stage en laboratoire universitaire, d'une durée minimum de 6 semaines, est de mettre en pratique, dans le contexte quotidien de la recherche, les acquis des étudiants au niveau d'un M1. L’étudiant présentera ses résultats à l’oral. Un résumé synthétique de l'activité sera remis à l'occasion de l'exposé.

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* 2M74SAM : Chimie analytique pour l'analyse chimique (6 ECTS) Responsable : Pr. Pierre GROS, � UPS, 118 route de Narbonne, Laboratoire de Génie Chimique, Bât 2R1 � 05 61 55 60 73 � [email protected] Equipe Pédagogique: Pierre GROS, Pierre CHAMELOT.

Responsable des TP : Pierre CHAMELOT � Laboratoire de Génie Chimique, Bât 2R1 � 05 61 55 82 07 � [email protected]

Matière Cours (h) TD (h) TP (h) Chimie analytique 22 20 30

L'enseignement se place dans la continuité du module de licence 2° année. Il

en est un approfondissement et une diversification. Il consiste à développer les modes de raisonnement quantitatif permettant de définir les conditions opératoires pour réaliser les analyses pratiques. Il s'appuie sur les connaissances acquises en chimie physique qu'il exploite en vue d'analyses qualitatives et quantitatives.

Les exemples traités en illustration du cours montrent des applications dans des domaines variés comme l'environnement, l'agroalimentaire, la chimie, la pharmacie et les procédés industriels.

Syllabus :

1 - Le métier d'analyste

Le but de ce chapitre est d'une part de dresser un panorama des méthodes et des techniques instrumentales utilisées en chimie analytique contemporaine, d'autre part d'exploiter la réaction chimique de façon optimale en vue de l'analyse chimique. On insiste sur l'importance de la qualité et des bonnes pratiques de laboratoire dans le développement de la chimie analytique.

2 – Mise en œuvre optimale des réactions pour l'analyse

Après un rapide rappel des bases de thermodynamique et de cinétique, de nombreux exemples d'équilibres homogènes et hétérogènes utilisés en chimie analytique sont présentés. L'accent est mis sur le calcul des constantes d'équilibre et sur l'utilisation des diagrammes potentiel-pH et potentiel-pX. Les principales méthodes cinétiques mises en œuvre en chimie analytique sont décrites.

3 – Equilibres hétérogènes et séparations

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Ce chapitre est consacré à l'étude des interfaces et des systèmes biphasiques qui sont exploités pour la séparation et la préparation des échantillons. Sont successivement traités les interfaces solide - liquide avec les précipitations, les échanges d'ions, l'absorption et l'adsorption, les interfaces solide - gaz avec l'adsorption et les interfaces liquide – liquide avec l'extraction et le partage entre solvants. Dans chaque cas les facteurs physiques importants sont soulignés et les technologies mises en œuvre pour la réalisation des séparations nécessaires pour la diminution des interférences sont décrites.

4 - Bases de la cinétique électrochimique

Après un rappel des notions d'électrochimie acquises au cours du L2, les phénomènes de transport en solution, le couplage entre ces phénomènes et le transfert électronique hétérogène sont détaillés dans l'objectif de fournir des courbes intensité – potentiel directement exploitables en chimie analytique. L'évolution des ces courbes intensité – potentiel au cours de titrages est appliquée pour la mise au point de différentes méthodes de détection du point équivalent.

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* 2M86SAM : Méthodes électrochimiques d'analyse (6 ECTS) Responsable : Pr. Pierre GROS, � UPS, 118 route de Narbonne, Laboratoire de Génie Chimique, Bât 2R1 � 05 61 55 60 73 � [email protected] Equipe Pédagogique: Pierre GROS, Pierre CHAMELOT.

Responsable des TP : Pierre CHAMELOT � Laboratoire de Génie Chimique, Bât 2R1 � 05 61 55 82 07 � [email protected]

Matière Cours (h) TD (h) TP (h) Méthodes électrochimiques d'analyse 22 20 30

L'objectif de cet enseignement est de dresser un panorama des méthodes

électrochimiques d'analyse basées sur l'électrochimie dynamique. Il s'appuie sur des bases physicochimiques qui permettent de comprendre la

mise en œuvre optimale de ces méthodes dans le but de traiter un domaine analytique précis.

Il donne également quelques notions sur l'instrumentation utilisée en analyse électrochimique et traite de nombreux exemples d'application à l'environnement, l'agroalimentaire, la chimie, la pharmacie et les procédés industriels.

Syllabus :

1 – Classification des méthodes électrochimiques

Après quelques rappels de cinétique électrochimique nécessaires à la compréhension de la mise en œuvre des méthodes, on procède à un inventaire des différentes possibilités de l'utilisation de ces méthodes en analyse.

2 – Macroélectrolyses

Dans un premier temps sont traitées l'électrolyse à potentiel constant, l'électrolyse à intensité constante et les coulométries, puis les systèmes relevant de l'électrochimie en couche mince (couche adsorbée, électrode à pâte de carbone, concentration dans un amalgame et redissolution).

3 – Microélectrolyses

Les principales méthodes relevant de la microélectrolyse (chronoampérométrie à potentiel constant, chronopotentiométrie à intensité constante, chronoampérométrie à balayage, voltammétrie hydrodynamique) sont décrites. L'approfondissement de phénomènes non faradiques permet de comprendre la mise en œuvre de méthodes impulsionnelles ou par redissolution pour abaisser les seuils de détection.

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4 – Séparations par électrochimie

Les premiers exemples traités portent sur l'emploi de dépôts métalliques en vue d'électrogravimétrie. Les autres exemples sont basés sur le couplage entre des réactions d'électrodes et des phénomènes de transport en solution avec la présentation de l'électrodialyse et des différentes formes d'électrophorèses.

5 – Electrocatalyse et analyse

Un panorama des différentes techniques utilisées en électrochimie pour améliorer la sélectivité des méthodes électrochimiques d'analyse est rapidement dressé (nouveaux matériaux d'électrodes, électrodes à surface modifiée, médiateurs en solution, biocapteurs électrochimiques à détection ampérométrique…).

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* 2M88SAM : La chimie analytique en entreprise (3 ECTS) Responsable: Pierre GROS � Laboratoire de Génie Chimique, Bât 2R1 � 05 61 55 82 69 � [email protected] Equipe Pédagogique: Pierre GROS.

Matière Cours (h) TD (h) la chimie analytique en entreprise 8 16

Le but de cet enseignement est de faire découvrir à l'étudiant la chimie analytique telle qu'elle est pratiquée dans une entreprise, de le sensibiliser à ses exigences, à ses spécificités, aux normes à respecter et aux contraintes diverses. L'étudiant prend contact avec une entreprise régionale qui compte des laboratoires d'analyse orientée vers les domaines de l'agroalimentaire, de la chimie, de l'environnement, de la santé… Il rencontre un responsable du laboratoire d'analyse, il s'informe sur les finalités des analyses réalisées et sur les diverses méthodes mises en œuvre. L'étudiant rédige un rapport dans lequel il consigne les informations générales relatives à l'entreprise et à son activité analytique. Il sélectionne une application, en concertation avec l'équipe pédagogique, la décrit en détail et fait une présentation orale. OU

* 2M84CHM : Stage de chimie analytique en laboratoire (3 ECTS) Responsable: Pierre GROS � Laboratoire de Génie Chimique, Bât 2R1 � 05 61 55 82 69 � [email protected] Equipe Pédagogique: Pierre GROS. Au cours du stage, l'étudiant se voit confier un sujet qui répond à une préoccupation précise d'analyse. Il fait le point sur les différentes méthodes disponibles pour la résolution du problème analytique, il propose un protocole original qui utilise le matériel disponible au laboratoire. Il analyse les résultats expérimentaux obtenus et discute de leur validité en terme de répétabilité, de sensibilité et de précision. L'étudiant fait une présentation orale ; un résumé synthétique de l'activité est remis à l'occasion de l'exposé.

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Si l’étudiant qui choisit ce parcours désire s’inscrire ensuite en Master 2 Recherche Chimie-Biologie, il lui est très fortement recommandé de suivre au S7 l’UE optionnelle Synthèse organique et chimie organométallique fondamentale (2M7CM1M).

* 2M73CBM : Biochimie métabolique et régulation; pharmacologie moléculaire (6 ECTS)

Responsable : Pr. Michelle Gué, � 118 route de Narbonne, Bât 4TP1,

� 05 61 55 85 57 � [email protected]

Equipe Pédagogique: P. FALLER, M. GUE, F. LETISSE

Responsable des TP : Fabien LETISSE � Laboratoire Biotechnologie - Bioprocédés, INSA Toulouse � 05 61 55 94 07 � [email protected]

Matière Cours (h) TD (h) TP (h) Biochimie métabolique et régulation 22 18 8 Pharmacologie moléculaire 18 6

Programme

I. Introduction au métabolisme et définitions

II. Molécules riches en énergie (énergie de réaction, liaisons à haut potentiel de transfert, couplage de réactions, le cas de l’ATP)

III. Principales voies métaboliques : métabolisme glucidique (glycolyse, voie des pentoses-phosphates), cycle de Krebs, oxydations phosphorylantes, catabolisme des lipides (catabolisme et anabolisme des acides gras)

IV. Coordination des processus métaboliques et éléments de régulation

V. Pharmacologie moléculaire : Introduction à la Pharmacologie, Les familles de Récepteurs, Les récepteurs à protéine G, la transduction du signal, les voies de signalisation intracellulaire, Méthodes d’étude des récepteurs, De la molécule à la clinique : Acétylcholine et maladie d’Alzheimer.

Ce module nécessite des connaissances de base en biologie cellulaire (organisation cellulaire et sub-cellulaire des procaryotes et eucaryotes, fonction des organelles des cellules), biologie moléculaire (organisation de l’information génétique, transcription, traduction, modifications post-traductionnelles), biochimie des protéines (structures primaire, secondaire et tertiaire), acteurs physiologiques du contrôle de l’homéostasie (hormones, organes, tissus…).

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* 2M85CBM : Mécanismes réactionnels : application à la catalyse chimique et enzymatique (6 ECTS)

Responsable : Pr. Alain VIGROUX, � UPS, 118 route de Narbonne, Laboratoire SPCMIB, Bât 2R1 – porte 3095 � 05 61 55 62 97 � [email protected]

Equipe Pédagogique: C. BLONSKI, C. DENIER, P. HOFFMANN, J.D. MARTY, A. VIGROUX, N. DE VIGUERIE.

Responsable des TP : Dr. Colette DENIER � UPS, 118 route de Narbonne, Laboratoire SPCMIB, Bât 2R1 � 05 61 55 64 85 � [email protected]

Matière Cours (h) TD (h) TP (h) mécanismes réactionnels 18 18 Enzymologie 10 6 Travaux pratiques 20

Programme

Partie mécanismes réactionnels (18h de cours, 18h de TD)

I. Considérations générales sur la réaction chimique 1) Surface d’énergie potentielle et profil de réaction (description

moléculaire) 2) Paramètres thermodynamiques associés à une réaction (description

macroscopique)

II. Cinétique chimique et mécanismes réactionnels 1) Loi de vitesse 2) Théorie du complexe activé : équation d’Eyring 3) Paramètres d’activation

III. Catalyses acide et basique 1) Catalyses acide/basique spécifiques 2) Catalyses acide/basique générales 3) Loi de catalyse de Brönsted

IV. Catalyse intramoléculaire 1) Molarité effective 1) Le rôle de l’entropie 2) Exemples de participation intramoléculaire : cas des substitutions

nucléophiles

V. Effets de substituant 1) Les relations linéaires d’enthalpie libre 2) L’équation de Hammett

VI. Effets de solvant

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Partie Enzymologie (10h de cours, 6h de TD)

I. Cinétique enzymatique 1) Modèle de Michaelis-Menten 2) Inhibition enzymatique (inhibitions réversible, irréversible, dépendante

du temps).

II. Catalyse enzymatique 1) Stratégie moléculaire de la catalyse enzymatique 2) Co-facteurs

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*2M84CHM: Stage en laboratoire (3 ECTS)

Responsable : Pr. Myriam MALET-MARTINO � UPS, 118 route de Narbonne, Laboratoire SPCMIB, Bât 2R1 – porte 1012 � 05 61 55 68 90 � [email protected]

L'objectif du stage en laboratoire universitaire, d'une durée de 6 semaines, est de mettre en pratique, dans le contexte quotidien de la recherche, les acquis tant théoriques qu'expérimentaux des étudiants au niveau d'un M1. La courte durée du stage n’autorise pas une partie du stage en Chimie et l’autre en Biologie, mais, dans la mesure du possible, les sujets proposés seront à l’interface Chimie-Biologie-Santé. Le stage sera réalisé en binôme. Un résumé synthétique du travail réalisé sera remis à l'occasion de la présentation orale des résultats.

OU

* 3M8BT08M : Du métabolisme au métabolome (3 ECTS) Responsable : Fabien LETISSE � Laboratoire Biotechnologie - Bioprocédés, INSA Toulouse � 05 61 55 94 07 � [email protected] Equipe Pédagogique: F. LETISSE, I. MULLER, J.C. PORTAIS Module pré-requis pour postuler au M2P Biologie structurale, protéomique, métabolomique, option métabolomique.

Matière Cours (h) TD (h) TP (h) Du métabolisme au métabolome 22 20 18

Objectif : A l’ère post-génomique, il est devenu essentiel de pouvoir caractériser le comportement (phénotype global) d’un système vivant, qu’il soit simple ou complexe. Parmi les approches émergentes, l’analyse fonctionnelle du métabolome (ensemble des processus métaboliques d’une cellule, d’un organisme, etc.) occupe une place croissante car le comportement métabolique résulte directement de l’interaction entre l’expression du génome et l’environnement. Ainsi, des modifications de l’expression du génome ou de l’environnement sont immédiatement perceptibles au niveau du métabolome. Les domaines d’applications sont très larges et vont des biotechnologies à la santé. Dans ce cours, la notion de métabolome sera présentée et l’accent sera mis sur la compréhension de l’organisation, de la mise en œuvre et du contrôle des

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systèmes métaboliques dans le contexte de la cellule vivante. L’enseignement s’articulera autour de trois thèmes : le métabolome, son analyse fonctionnelle et les domaines d’applications de l’analyse du métabolome.

I- Le métabolome : définitions. Organisation du métabolome : réseaux métaboliques, analyse topologique. Notion de contrôle des systèmes métaboliques. Principes généraux de l’adaptation des systèmes métaboliques

II- Analyse fonctionnelle du métabolome a. Métabolomique. Approches ciblées et approches globales.

Principales méthodes d’analyse. b. Fluxomique. Notion de flux métaboliques. Techniques de

marquage isotopique (au 13C) couplées à la RMN et à la spectrométrie de masse. Principes de l’analyse des flux métaboliques.

III- Domaines d’applications Les principaux domaines d’applications seront présentés, puis deux exemples seront détaillés : a. Biotechnologies microbiennes b. Santé : recherche de biomarqueurs

Les thèmes traités en cours seront illustrés en TD (notamment par l’analyse de données expérimentales de la littérature) et en TP.

Documents

M1-CHIMIE SYLL. 08--09