L’année est découpée en deux semestres (3 et 4 du master), validés, chacun, par un minimum de 30 crédits ECTS.
Le semestre 3 est constitué d'unités d'enseignement de Tronc Commun de Méthodes en Chimie Avancée (12 ECTS minimum), d'UEs de spécialisation et d'un projet bibliographique obligatoire comptant pour 6 ECTS. Le choix des modules est à faire parmi ceux présentés ci-dessous et, avec l'accord du (des) responsable(s) de formation, peut également être fait parmi des modules proposés par le Master 2 Chimie de l'Université Claude Bernard (Lyon I). Ce choix de module(s) doit être cohérent avec le projet d'étude de l'étudiant et ne doit pas poser de problème d'emploi du temps.
Le semestre 4 correspond au stage expérimental en laboratoire de recherche comptant pour 30 ECTS.
Troisième semestre
Bibliographic Report
Andrew Pell
jury d'experts ad hoc
Première étape de mise de l'étudiant dans la peau d'un chercheur. Le rapport bibliographique doit exposer dans un format d'une trentaine de pages un état de l'art du sujet qui sera plus tard développé lors du stage expérimental, en mettant l'accent sur les points suivants:
- Contexte
- Enjeux
- Etat de l'art de la recherche mondiale
-Contribution éventuelle du laboratoire à cette recherche
-Présentation de l'approche qui sera développée au cours du stage dans ce cadre
Les différents rapports de stage et documents scientifiques rédigés au cours des années précédentes, au cours des différentes UE suivies.
Rapport à rendre début décembre, pour une soutenance devant un jury de 4 membres (deux experts, deux représentants de la formation) mi décembre.
Advanced Electrochemistry
Christophe Bucher
Advanced Computational Chemistry
Agilio Padua
Pierre-François Loos, CNRS Toulouse
Natacha Gillet, CNRS Lyon
Anne Milet, Univ Grenoble Alpes
This course covers advanced methods in computational chemistry, through lectures and computational lab sessions by specialists: - post-Hartree-Fock methods describing electron correlation, namely perturbation and coupled-cluster methods (8h), - hybrid QM/MM quantum-classical simulation (5h), - energy decomposition using Symmetry Adapted Perturbation Theory (5h).
Essential knowledge on computational chemistry (Hartree-Fock, DFT) from M1 level is required.
Written or oral exam depending on the number of students.
Applied Modern Magnetic Resonance
Sami Jannin (UCBL)
Reaction mechanisms
Julien Leclaire (UCBL)
Crystallography and diffraction
Dominique Luneau (UCBL)
D. Luneau
Ce cours doit permettre aux étudiants de chimie d’avoir les connaissances de bases pour appréhender l’étude d’une structure cristalline. (notions de bases en cristallographie, diffraction des rayons X, cristallogenèse, relations structure-propriété).
Licence + UE Chimie expérimentale 1 & 2 ou niveau équivalent pour la partie TP
Advanced Mass Spectrometry
Fabien Chirot (UCBL)
Medicinal Chemistry
Francesco Peri (Université Bibocca de Bologne, Italie)
Cours en bloc donné par un professeur de l'université Bicocca de Bologne, s'articulant sur les interactions médicaments/cibles et les stratégies d'optimisation de molécules à visées thérapeutiques.
Cours sous forme de cours/conférence. Sur 4 jours lundi et mardi, deux semaines consécutives
chimie organique et sétérochimie M1, idéalement PCB
examen final sous forme d'un écrit d'1h30 à 2h
In vivo molecular and functional imaging
Jens Hasserodt (Laboratoire de Chimie, ENS de Lyon)
J. Hasserodt
Introduire l’étudiant chimiste à un domaine de recherche et de développement qui lui demandera de s’éloigner considérablement de ses territoires connus. L’Imagerie Moléculaire d’un espèce vivante englobe à peu près six “modalités” qui se distinguent fondamentalement par les phénomènes physiques dont ils dépendent. L’étudiant en chimie est doucement amené à saisir les enjeux différents, et ainsi comprendre les conceptions moléculaires utilisées dans l’exercice de ces modalités afin d’établir le lien entre le métabolite biologique d’intérêt et le signal physique repéré et utilisé pour construire l’image. Cette UE, proposée conjointement par le M2 SdM Chimie de l'ENS de Lyon et le M2 SOCBM de l'UCBL se déroule sur le campus de La Doua, pour des raisons liées à son positionnement dans l'emploi du temps.
Toute une série d’articles et de livres est proposée à l’étudiant au début et tout au long du cours.
Niveau M1 en chimie
examen écrit d'une durée de 1h30
Properties of organic radicals: from molecules to materials
Emmanuel Lacôte (CNRS, UCBL)
E. Lacote
La chimie radicalaire s'intéresse à la réactivité d'espèces à spins non appariés. La configuration en couche ouverte confère une réactivité particulière à ces espèces, que les chimistes se sont attachés à comprendre et utiliser. En effet, les radicaux sont à la base de nombre de processus biologiques, de la combustion, de la chimie interstellaire et ils sont utilisés dans des domaines aussi vastes que la synthèse organique, la synthèse de polymères ou encore les matériaux pour le stockage d'information ou les sondes.
Le cours vise à donner un aperçu général des propriétés des radicaux organiques en insistant sur la réactivité.
Histoire et Bases de la chimie radicalaire Réactivité organique et chimie verte (additions, cyclisations, transferts d'atomes, substitutions homolytiques, réarrangements, processus rédox, catalyse) Hétéroradicaux organiques (radicaux sur d'autres éléments que le carbone : S, N, B, O) Éléments de polymérisation radicalaire (cinétique, polymérisation radicalaire contrôlée, ingénierie macromoléculaire, milieux dispersés, fonctionnalisations de matériaux) Éléments de chimie biologique radicalaire (péroxydation des lipides et antioxydants, lésions des acides nucléiques, protéines radicalaires (SAM))
Bases de chimie et physico-chimie organiques (cinétique, orbitales)
Examen Oral
Chimie supramoléculaire : applications en chimie et en biologie
Julien Leclaire (UCBL)
L’objectif de ce cours est de définir la discipline, son omniprésence dans tous secteurs de la chimie (synthèse organique, chimie de coordination, biologie, matériaux) puis d’apporter connaissances solides en matière d’interactions et de reconnaissance moléculaire (affinité, sélectivité). Il s’agit également de faire acquérir des compétences en méthodologie expérimentale de mesure d’interactions moléculaires en solution mais aussi de développer un savoir-faire pour élaborer des partenaires moléculaires sur mesure en parcourant notamment les grandes classes de récepteurs naturels et de synthèse.
Une ouverture constante sur les applications biologiques (machines biologiques et artificielles effectuant transport, propagation de signal, réplication, inhibition) et technologiques (des machines moléculaires à l'ordinateur moléculaire en passant par les materiaux auto-reparant) des systèmes décrits est proposée. Le module s’achève sur une ouverture sur les stratégies innovantes actuelles (empreintes moléculaires, chimie combinatoire dynamique, systèmes moléculaires, auto-réplication) en chimie supramoléculaire
1. Introduction
2. Physical methods in supramolecular chemistry : Supramolecular chemistry at work in the lab
3. Non-covalent interactions : a universal toolbox for the molecular architect
4. Building Blocks and Host–Guest Chemistry : toward molecular recognition
5. From innovative concepts to true applications in supramolecular chemistry
Supramolecular Chemistry: Concepts and Perspectives-Jean-Marie Lehn, VCH Edition Wiley 2006(ISBN: 978-3-527-60743-3) ; Supramolecular Chemistry, 2nd Edition Jonathan W. Steed, Jerry L. Atwood Wiley editions 2009 (ISBN: 978-0-470-51234-0)
notion de base d'atomistique et d'électrostatique
contrôle continu (QCM et questions ouvertes à résoudre) + examen final écrit.
Utilisation du fluor et des hétéroéléments en chimie organique
Benoit Joseph (UCBL)
B. Joseph
T. Billard
La chimie des hétéroéléments (soufre, sélénium, phosphore, silicium) sera introduite en se basant sur leurs propriétés (électronégativité, polarisabilité, ….) puis se poursuivra par leurs utilisations en synthèse organique à travers différents exemples (synthèse totale, chimie médicinale,….) (intervenant: Benoît Joseph). L’importance du fluor en chimie organique sera également abordée et les principales méthodes de synthèse par fluoration nucléophile et électrophile exposées et discutées (intervenant: Thierry Billard)
Chimei organique de base, rétosynthèse, stéréochimie
Examen écrit final 1er session (50% hétéroéléments, 50% fluor) : 1h30
Chimie hétérocyclique de molécules bioactives
Benoit Joseph (UCBL)
B. Joseph
Les réactions de synthèse classiques et nouvellement développées des composés hétérocycliques à 5 atomes (furane, pyrrole et thiophéne) et des composés azotés hétérocycliques tels que la pyridine, la quinoléine, l’isoquinoléine et l’indole seront exposées. Parallèlement, la réactivité de ces hétérocycles sera étudiée soit pour introduire de nouvelles fonctions ou soit pour accéder à des molécules douées de propriétés biologiques ou autres.
Chimie organique et synthèse moléculaire
Examen écrit final 1er session : 1h30
Texture and functionality in hybrid materials
Laurent Bonneviot
L. Bonneviot
Quantum approach of catalytic reactivity
Pascal Raybaud (IFPEN)
P. Raybaud
+ un intervenant extérieur (IFPEN)
Les avancées des méthodes quantiques (théorie de la fonctionnelle de la densité notamment) permettent aujourd’hui d’explorer la réactivité de systèmes catalytiques complexes (hétérogènes ou homogènes) utilisés industriellement ou susceptibles de l’être. Le cours illustre comment les approches quantiques modernes permettent :de comprendre la réactivité par le calcul de propriétés catalytiques ; d’aider à l’interprétation de résultats expérimentaux ; de prédire des propriétés clefs pour optimiser de nouveaux catalyseurs. Le cours abordera de nombreuses études de cas illustrant des systèmes d’intérêts industriels : surfaces de métaux, d’oxydes, sulfures, zéolithes, agrégats métalliques supportés, systèmes organométalliques… et réactions associées d’hydrogénation, hydrogénolyse, désulfuration, isomérisation, craquage, oligomérisation, …
1/Rappels fondamentaux : théorie de la fonctionnelle de la densité (hypothèses majeures), approches orbitalaires, structures de bandes dans un solide et en surface, logiciels académiques/commerciaux
2/Choix de modèles pertinents pour la description des sites actifs: moléculaires (organométalliques), périodiques (surfaces catalytiques)
3/Calculs de propriétés clefs en catalyse: structure, spectroscopie, thermodynamique et cinétique
4/Modélisation micro-cinétique et multi-échelle
5/« Catalysis by design » : vers la prédiction de descripteurs quantiques et relation structure-activité
R.G. Parr, W. Yang, « Density-Functional Theory of Atoms and Molecules », Oxford University Press, New York, 1989.
A chemical and theoretical way to look at bonding on surfaces. R. Hoffmann. Review of Modern Physics. 60 (1988) 601.
UE en lien avec la réactivité chimique ou la catalyse, ou la physico-chimie des matériaux (note : seules les notions minimales utiles seront introduites) ;
UE en lien avec les principaux fondamentaux en chimie théorique (note : les principes de la DFT utiles seront introduits 3h)
Examen final écrit de 1h30.
Advanced Structural Characterization of materials
Andrew Pell
From molecules to materials with optical properties
Stephane Parola (Laboratoire de Chimie, CNRS, ENS de Lyon)
S. Parola,
C. Andraud
A. Banyasz
Le cours aborde les problématiques d’interaction lumière-matière et les conséquences en termes de propriétés et applications. L’accent est particulièrement mis sur les concepts d’architecture moléculaire en lien avec les propriétés optiques ainsi que le design et l’optimisation de matériaux optiques (organiques, inorganiques, hybrides). Parmi les propriétés abordées en détail, aussi bien au niveau fondamental qu’appliqué, nous pouvons citer les phénomènes d’absorption, les propriétés de luminescence, et l’ensemble des phénomènes en relation avec l’optique non-linéaire (quadratique et cubique) avec une approche multiéchelles, des aspects moléculaires, nanométriques et macroscopiques. Le programme du cours s’articulera autour de l’importance des relations structures/propriétés dans l’ensemble des systèmes pour l’optique à travers de nombreuses applications (Lasers, limiteurs optiques, afficheurs d’écrans, micro-fabrication, imagerie médicale…).
1/ Notions fondamentales d’optique et optique non-linéaire
2/ Notions de plasmonique
3/ Compréhension des relations structures/propriétés optiques (Structures moléculaires, microstructures des matériaux)
4/Maitrise du cahier des charges d’un matériau en fonction de l’application
5/ Méthodes d’élaboration des matériaux (mises en forme)
6/ Maitrise et contrôle des interfaces molécule-matrice dans les matériaux hybrides
7/Liens microstructures des matériaux – propriétés
Notions de spectroscopies, en particulier d'absorption UV-visible et de fluorescence. Bases de chimie orgnaique et inorganique, chimie douce du solide
examen final d'1h30 consistant en quelques questions de cours et une analyse d’un document scientifique.
In vivo molecular and functional imaging
Jens Hasserodt (Laboratoire de Chimie, ENS de Lyon)
J. Hasserodt
Introduire l’étudiant chimiste à un domaine de recherche et de développement qui lui demandera de s’éloigner considérablement de ses territoires connus. L’Imagerie Moléculaire d’un espèce vivante englobe à peu près six “modalités” qui se distinguent fondamentalement par les phénomènes physiques dont ils dépendent. L’étudiant en chimie est doucement amené à saisir les enjeux différents, et ainsi comprendre les conceptions moléculaires utilisées dans l’exercice de ces modalités afin d’établir le lien entre le métabolite biologique d’intérêt et le signal physique repéré et utilisé pour construire l’image. Cette UE, proposée conjointement par le M2 SdM Chimie de l'ENS de Lyon et le M2 SOCBM de l'UCBL se déroule sur le campus de La Doua, pour des raisons liées à son positionnement dans l'emploi du temps.
Toute une série d’articles et de livres est proposée à l’étudiant au début et tout au long du cours.
Niveau M1 en chimie
examen écrit d'une durée de 1h30
Frontiers in NMR
Andrew Pell
Chemistry of f-elements
Olivier Maury (CNRS ENS)
From molecules to materials with optical properties
Stephane Parola (Laboratoire de Chimie, CNRS, ENS de Lyon)
S. Parola,
C. Andraud
A. Banyasz
Le cours aborde les problématiques d’interaction lumière-matière et les conséquences en termes de propriétés et applications. L’accent est particulièrement mis sur les concepts d’architecture moléculaire en lien avec les propriétés optiques ainsi que le design et l’optimisation de matériaux optiques (organiques, inorganiques, hybrides). Parmi les propriétés abordées en détail, aussi bien au niveau fondamental qu’appliqué, nous pouvons citer les phénomènes d’absorption, les propriétés de luminescence, et l’ensemble des phénomènes en relation avec l’optique non-linéaire (quadratique et cubique) avec une approche multiéchelles, des aspects moléculaires, nanométriques et macroscopiques. Le programme du cours s’articulera autour de l’importance des relations structures/propriétés dans l’ensemble des systèmes pour l’optique à travers de nombreuses applications (Lasers, limiteurs optiques, afficheurs d’écrans, micro-fabrication, imagerie médicale…).
1/ Notions fondamentales d’optique et optique non-linéaire
2/ Notions de plasmonique
3/ Compréhension des relations structures/propriétés optiques (Structures moléculaires, microstructures des matériaux)
4/Maitrise du cahier des charges d’un matériau en fonction de l’application
5/ Méthodes d’élaboration des matériaux (mises en forme)
6/ Maitrise et contrôle des interfaces molécule-matrice dans les matériaux hybrides
7/Liens microstructures des matériaux – propriétés
Notions de spectroscopies, en particulier d'absorption UV-visible et de fluorescence. Bases de chimie orgnaique et inorganique, chimie douce du solide
examen final d'1h30 consistant en quelques questions de cours et une analyse d’un document scientifique.
Theoretical photophysics and -chemistry
Thomas Niehaus
The light-matter interaction is important for a variety of technological applications ranging from optoelectronics to photovoltaics and relevant for biochemistry. This course addresses the question what happens after light is absorbed by matter, how the acquired energy is transported, leads to desired and undesired photoreactions and is finally released to the environment. The course is situated at the border of physics and chemistry and deals with molecules as well as with solids and new materials.
Theoretical considerations at the level of many-body quantum mechanics are accompanied by numerical studies in the practical sessions, which also cover some first principles calculations.
Chapter 1: Introduction to photochemistry
Keywords: Spectral irradiance, quantum yields, photochemical kinetics
Chapter 2: Molecular states
Keywords: Born-Oppenheimer approximation, Classification of excited states
Chapter 3: First principles methods for excited states
Keywords: TDDFT
Chapter 4: Electronic excitation and decay
Keywords: Vibrationally resolved spectra, Huang-Rhys factors, Kasha rule
Chapter 5: Wavepacket dynamics
Keywords: Franck-Condon excitation
Chapter 6: Non-adiabatic dynamics
Keywords: Conical intersections, Landau-Zener model, Surface Hopping and Ehrenfest dynamics
Chapter 7: Charge and energy transfer
Keywords: Förster/Dexter exciton transfer, H/J aggregates
Chapter 8: Photophysical properties of solids
Keywords: Intra- and interband absorption, Wannier-Mott excitons, Frenkel excitons, CT excitons
Quantum mechanics L3 or equivalent.
CP (30%, written) + ET (70%, computational project) if mark of CP > ET, ET (100%, computational project) otherwise.
Quatrième semestre
Stage de recherche de 6 mois Chimie
Ce stage qui dure tout le semestre, permet d'acquérir une vraie expérience en laboratoire de recherche. L'étudiant.e choisira librement son laboratoire d'accueil en France, en Europe ou en Outre-mer avec l'accord des responsables de formation.
Un jury est composé spécifiquement pour chaque stage en invitant deux membres experts du sujet.
Mener en laboratoire un projet de recherche individuel sur un temps "long" ; Mettre en oeuvre un protocole de recherche, de sa conception à la rédaction d'un rapport ; Acquérir une expérience de recherche sur un format préparant à la thèse ; Apprendre à communiquer ses résultats avec rigueur, devant un public expert ; Débattre de ces résultats
Stage de 5 mois minimum à effectuer entre fin janvier et fin juillet dans le domaine de la recherche en chimie, dans un laboratoire académique sauf cas particulier (Doubles Diplômes EPFL/Centrale/Polimi); sujet dans la continuité du rapport bibliographique
Rapport d'une trentaine de pages + soutenance orale d'une durée totale de 30 minutes