Molécules Fonctionnelles : Conception et Modélisation

Informations

Langue d'enseignement : Anglais
Crédits ECTS: 6

Programme

  • Heures d'enseignement dispensées à l'étudiant : 50 heures et 40 minutes
  • Temps de travail personnel : 100 heures

Objectifs et compétences

Objectifs :
PARTIE molécules Fonctionnelles

- Exploiter les connaissances en réactivité chimique avancée afin de concevoir des édifices moléculaires fonctionnels et décrire leurs propriétés.

- Présenter les concepts généraux de la chimie quantique, les outils et leur application en chimie organique. Les cours seront axés sur la simulation des propriétés électroniques et optiques de composés organiques, ainsi que sur la simulation de processus réactionnels.

PARTIE MODELISATION

(Partie mutualisée avec le parcours "Chimie organique et Sciences du Vivant" sur l'UE "caractérisation moléculaire avancée")

- Présenter les concepts généraux de la chimie quantique, les outils et leur application en chimie organique.

Les cours seront axés sur la simulation des propriétés électroniques et optiques de composés organiques, ainsi que sur la simulation de processus réactionnels.

Cours :

1. Rappels de chimie quantique

Equation de Shrödinger - Approximation de Born-Oppenheimer - Surface d'énergie potentielle (SEP) – Structure électronique – Orbitales moléculaires – Approximation LCAO de valence

2. Modèles semi-empiriques

Fondements, usage et limitations

3. Notion de corrélation électronique

Fonctions d’ondes multi configurationnelles – états électroniques excités.

4. Modélisation d'un mécanisme réactionnel

Degrés de liberté moléculaires - coordonnées internes - Approximation harmonique, coordonnées normales de vibration – Caractérisation d'une structure d'équilibre - Caractérisation d'un état de transition

Applications :

1. Structure géométrique et des propriétés électroniques de composés organiques. Analyse de la densité électronique, orbitales moléculaires, effets inductifs et mésomères, charges partielles atomiques, indices de liaison, structures de résonance, conjugaison électronique.

2. Structure géométrique et énergies relatives d’isomères. Calcul des populations relatives.

3. Surfaces d’énergie potentielle. Notion de chemin réactionnel, coordonnée de réaction, points stationnaires d’une SEP, structures d’équilibre, états de transition.

4. Simulation de mécanismes réactionnels classiques en chimie organique: réactions d'isomérisation par transfert de proton, cyclisations de Diels-Alder, réactions SN1 et SN2… Analyse des résultats quantiques en relation avec les modèles d’OM frontières de Woodward et Hoffmann.

5. Simulation des propriétés d’absorption des molécules organiques pi-conjuguées. Calcul des énergies de transition, dipôles de transition et force d’oscillateur. Relations entre spectres calculés et expérimentaux. Relations structure-propriété entre conjugaison électronique et énergie de transition. Analyse qualitative de l’influence de la symétrie moléculaire (dipolaire, quadrupolaire, octupolaire) sur les spectres d’absorption des composés.

6. Simulation des propriétés d’émission des molécules organiques pi-conjuguées.

Surfaces d’énergie potentielle d’états excités, déplacement de Stockes.

7. Simulation de processus photochimiques.

Compétences :
  • Réaliser des travaux à dominante scientifique, définis par des consignes et sous contrainte de temps : * établir des priorités, * s’organiser individuellement, * gérer son temps et ses priorités, * planifier.
  • Réaliser une étude, scientifique ou non, en vue d'une évaluation, d'un développement, d'une conception, d'une application, en vue de tester ou d'élaborer une modélisation : * poser une problématique en tenant compte du contexte et des objectifs, * construire et développer une argumentation et une stratégie, * réaliser l'action, * évaluer les données et les résultats, * évaluer l'action et proposer des prolongements.
  • Savoir communiquer en français et/ou en anglais (un niveau minimal en langue anglaise est requis pour l'obtention du Master de chimie): * rédiger clairement, * préparer des supports de communication en utilisant diverses techniques (rapport, diaporama, note de synthèse, poster,...), * les commenter pour un public, averti ou non
  • - Se mettre en recul d’une situation, s’auto-évaluer et se remettre en question pour apprendre.

  • Mettre en œuvre une démarche scientifique sur le plan expérimental et de la modélisation: * concevoir et mettre en œuvre un protocole expérimental, * utiliser les appareils et les techniques de mesure les plus courants; * recueillir et exploiter des données, * identifier les sources d'erreur pour calculer l’incertitude sur un résultat expérimental; * élaborer et organiser des interprétations théoriques et/ou modèles * apprécier les limites de validité d'un modèle, * valider un modèle par comparaison de ses prévisions aux résultats expérimentaux
  • Résoudre par approximations successives un problème complexe : en recherche fondamentale autant qu'appliquée, posséder une démarche scientifique progressive et itérative dans la résolution d'une problématique
  • Concevoir, mettre en œuvre, adapter ou utiliser, des techniques et des méthodologies dans les domaines de la chimie-physique, de la physique du solide, de l’électrochimie, de la chimie analytique et de la modélisation de systèmes chimiques.: o Appliquer les enseignements fondamentaux de la chimie-physique (Thermodynamique, Spectroscopie, Chimie Quantique, Electrochimie, Dynamique et Cinétique chimique) à la compréhension des propriétés de la matière et des ses transformations de l’échelle moléculaire à l’échelle macroscopique. o Connaître les bases fondamentales de fonctionnement et d’utilisation, des moyens d’analyse et de caractérisation physico-chimique de la matière. o Évaluer, interpréter et quantifier les cinétiques d’évolution d’un système physico-chimique. o Savoir utiliser les outils numériques pour modéliser les processus physico-chimiques. o Manipuler les mécanismes fondamentaux à l’échelle microscopique, modéliser les phénomènes macroscopiques, relier un phénomène macroscopique aux processus microscopiques.
  • Connaître la structure et la réactivité des molécules organiques.
  • - Concevoir, synthétiser et étudier des molécules et systèmes organiques fonctionnels dans le domaine de la chimie organique, la chimie non covalente, la chimie organo-métallique, la chimie de coordination, la photo-chimie et des nano-sciences. - Connaître la chimie supramoléculaire et ses applications liées à l'organisation de la matière, dont la détection, le transport, la transformation chimique et les nanotechnologies moléculaires.

Organisation pédagogique

le mode de fonctionnement de l'UE est présenté au début des enseignements

Contrôle des connaissances

Session 1:

contrôle continu (partie Conception) : 1 compte-rendu de projet - coefficient 0,5

Examen oral terminal (partie Modélisation) - coefficient 0,5

Session 2:

La note de contrôle continu est conservée avec le même coefficient (0,5).

L'épreuve finale sera orale - coefficient 0,5.

Lectures recommandées

l'ensemble des références bibliographiques est communiqué au début des enseignements

Responsable de l'unité d'enseignement

Frederic Castet

Enseignants

la composition de l'ensemble de l'équipe pédagogique est communiquée au début des enseignements