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 (18 ECTS minimum) et d'un stage bibliographique obligatoire comptant pour 12 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
Cyrille Monnereau (Laboratoire de Chimie, ENS de Lyon)
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.
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
Medicinal Chemistry
Francesca 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
Modelling, theoretical chemistry
Elise Dumont (Laboratoire de Chimie, ENS de Lyon)
Intervenants multiples et tournants
L'objectif de cet enseignement, pensé sur le format d'une école d'hiver avec la venue de chercheurs et d'enseignants-chercheurs de plusieurs universités dans le cadre du GDR/CRNS 3333 "Réseau Francais de Chimie Théorique", est d'illustrer la pratique moderne des outils de modélisation et de simulation numérique en chimie et en sciences des matériaux.
Le format sur huit journées d'enseignements (4 à Lyon, 4 à Marseille), chacun des blocs correspondants à 3 ECTS. Le premier volet couvre des applications de la chimie quantique et de la dynamique moléculaire, comme par exemple: la simulation des membranes lipidiques, la paramétrisation des champs de force, la performance des fonctionnelles récentes DFT ou DFTB, la thermodynamique moléculaire...
UEs de Chimie théorique L3 et M1
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.
Méthodes de caractérisation structurale et dynamique par RMN du solide
Gilles Rautureau (CRMN, ENS de Lyon)
G. Rautureau
S. Jannin
+ intervenants CRMN
Le cours se présente sous la forme de cours/TP au centre de RMN à Très Hauts Champs (CRMN).
L’idée est de présenter aux étudiants les techniques les plus à la pointe actuellement en RMN, en se basant sur les défis scientifiques actuels et les solutions mises en œuvre pour y répondre. Les techniques sont présentées, discutées et accompagnées de démonstrations qui se font directement sur les spectromètres du centre.
Le CRMN est une plateforme européenne qui possède un parc d’instruments unique au monde (spectromètre 1 GHz), instrumentation DNP, sondes à rotation ultra rapide pour la RMN du solide etc;), il s’agit d’une belle opportunité pour les étudiants.
Le contenu intègre des techniques de RMN solide et en solution. Les domaines concernés vont de la catalyse à l’étude des matériaux en passant par des applications biologiques. Le cours se présente sous la forme de 5 séances de 3 heures, au CRMN :
- Complex solution studies - Metabolomics
- Bio-NMR, liquid & solid NMR, Proteins studies
- Non-bio solid state NMR / Magic Angle Spinning. Catalysis and materials.
- Dynamic Nuclear Polarization / Magic Angle Spinning
- DNP dissolution
L’objet de ce cours est de présenter les applications modernes de la RMN, et non la théorie de la RMN. Des connaissances de base en RMN sont requises mais par expérience nous avons vu que les étudiants des filières scientifiques ont le niveau requis ou se remettent à niveau très facilement.
Examen final écrit et rédaction d'un compte rendu (en trinome)
Sustainable Chemistry and catalysis
Agilio Padua
A. Padua
M. Costa-Gomes
Chemistry is at the center of the ongoing changes towards more sustainable technologies and modes of development. This transition implies additional constraints affecting the choice and design of compounds, materials and processes. For example, bio-sourced raw materials have a wide chemical variety; processes must aim for economies of energy, of atoms, and to minimize effluents; products should be recyclable and safe for man and the environment. Chemists must acquire the skills to develop and to deal with alternative chemical routes and novel compounds. It is through a perception of the interdisciplinary context of sustainable chemistry and an enhanced understanding of how molecular structure determines the chemical and physical properties that the best alternative solutions can be identified or imagined.
1/ Principles of green chemistry, life-cycle analysis, regulatory issues.
2/Greener synthesis and catalysis routes. Atom economy.
3/ Alternative solvents for separations and reactions (supercritical fluids, ionic liquids, deep eutectic solvents), their choice and design.
4/ Raw materials sourced from biomass.
5/Transport and fate of chemicals in the environment. Partition of chemicals between air, water, soil, biota. Property estimation methods.
Notions in general chemistry, solution chemistry and catalysis
written report and oral presentation on the general topic of sustainable chemistry
Texture and functionality in hybrid materials
Laurent Bonneviot (Laboratoire de Chimie, ENS de Lyon)
L. Bonneviot
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
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.
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
Mécanismes réactionnels en chimie organique
Julien Leclaire
J. Leclaire
Maitriser l'approche rationnelle et déductive en chimie organique pour réduire le "par cœur" a son strict minimum. Prédire le ou les produits majoritaires de n'importe quelle réaction en analysant simplement son bilan et ses étapes. Etre en mesure de proposer un mécanisme, des intermédiaires ainsi que des outils théoriques et expérimentaux pour les valider pour n'importe quelle nouvelle réaction. Comprendre et prédire les effets de changement structuraux mais aussi de milieu et de conditions réactionnelles sur une transformation chimique.
Chimie organique, stéréochimie et rétrosynthèse
controle continu (QCM et questions ouvertes a resoudre) + examen final écrit.
Chimie hétérocyclique de molécules bioactives
Benoit Joseph (M2)
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
Synthèse Multi-Etapes de Molécules Complexes
Olivier Pival (UCBL)
O. Piva
Cette unité d’enseignement couvrira l’analyse molécules complexes, la construction des liaisons et motifs structuraux clés à l'aide de réactions classiques, et le contrôle des éléments stéréogènes. Les concepts clés de la synthèse multi-étapes (analyse rétrosynthétique et outils pour la synthèse de produits naturels en série acyclique, cyclique et polycyclique) seront présentés et illustrés par des cas d’étude
Chimie organique classique, mécanismes réactionnels
examen écrit d'1H30 à 2H
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