Le but de ce module est de permettre aux étudiants de chimie de consolider les gestes opératoires de base qu’ils ont pu acquérir en licence, tout en offrant une formation à des techniques de synthèse et de caractérisation physico-chimiques nouvelles.

Outre des synthèses classiques de chimie organique, les étudiants pourront ainsi se familiariser avec la synthèse de complexes de métaux de transition, de nanoparticules d’or ou de perovskites (chimie organométallique et inorganique).

Les techniques de caractérisation mises en œuvre iront de la spectroscopie UV-visible à des techniques de caractérisation électrochimique, en passant par l’élaboration de rendement quantique de fluorescence ou encore par l’utilisation de spectroscopie RMN pour déterminer un excès énantiomérique.

Cet enseignement s’appuie une démarche de projet à partir de sujets ouverts et balayant de larges pans de la chimie sélectionnés parmi les problèmes du Tournoi Français des Chimistes de l’année en cours (TFChim, https://www.tfchim.fr/). Il est attendu une démarche autant bibliographique qu’expérimentale. 

L’objectif est d’utiliser les différentes techniques de synthèse et de caractérisation physico-chimiques, découvertes dans les modules précédents de chimie expérimentale. Chaque sujet sera abordé par un binôme d’étudiants, en tant que porteurs de projet. Ils seront accompagnés dans leurs démarches par des enseignants-chercheurs référents.

Deux possibilités sont offertes aux étudiants en début de module :

• Poursuivre les projets du Tournoi Français des Chimistes de l’année universitaire en cours (TFChim, https://www.tfchim.fr/), déjà commencé en Chimie Expérimentale 2 (CHIM4104). Les expériences seront effectuées dans les laboratoires d’enseignement de l’ENS de Lyon.
• Préparer un nouveau projet inscrit dans les thématiques propres à un des laboratoires de l’ENS de Lyon ou bien de l’Université Lyon 1. Le projet doit être original et comporter un travail de recherche bibliographique, suivi de sessions expérimentales ou numériques, qui seront effectuées au sein du laboratoire d’accueil.

Ce cours présente le concept de surface d’énergie potentielle et les méthodes qui permettent de remonter à des propriétés chimiques (thermodynamiques, cinétiques…) à partir de cette surface. Sur le plan théorique, ce cours introduit la théorie de la fonctionnelle de la densité, la méthode de chimie quantique la plus utilisée aujourd’hui. Nous verrons comment la densité électronique peut servir à la fois d’objet pour déterminer l’énergie d’un système mais aussi d’objet d’analyse de la liaison chimique, comme les orbitales moléculaires dans les théories de la fonction d’onde.

This course is aimed at students who already have some familiarity with NMR spectroscopy, and who wish to deepen their understanding of how NMR experiments actually ‘work’. We concentrate on the description of common experiments, and explain in detail the phenomena behind these experiments. The quantum mechanical tools needed to analyse pulse sequences are introduced step by step, and are then applied to a series of one-dimensional and two-dimensional NMR experiments (COSY, DQF-COSY, TOSCY, DQ spectroscopy, INEPT, HSQC, HMQC, HMBC). Finally, we introduce the quantum mechanical tools needed for understanding electronic spins, and how they are observed by EPR spectroscopy.

La spectroscopie électronique permet de sonder la structure électronique des couches de valence et de cœur à l'aide des rayonnements UV-visible et X, respectivement. Nous aborderons les spectroscopies d'absorption, d'émission et de photoémission d'électrons dans un cadre commun, fondé sur l'étude des transitions entre des états couplés par l'interaction avec le rayonnement. Nous présenterons les règles de sélection, les facteurs influençant l'allure des spectres, ainsi que la mise en œuvre expérimentale et les principales applications. Les séances de TD porteront sur l'étude de cas concrets et de modèles simples.

Plan du cours

1. Interaction lumière-matière
Mots clés : règle d'or de Fermi, moment dipolaire de transition, règles de sélection
2. Spectroscopie d'absorption électronique
Mots clés : principe de Franck-Condon, symétrie des transitions électroniques, solvatochromisme
3. Spectroscopie d'émission
Mots clés : diagramme de Perrin-Jablonski, décalage de Stokes, règle de Kasha-Vavilov, rendement quantique, anisotropie de fluorescence
4. Spectroscopie de photoémission d'électrons et méthodes apparentées
Mots clés : UPS, XPS, XES, XAS, théorème de Koopmans

Le cours vise, d’une part, à acquérir les connaissances sur les principes fondamentaux de la catalyse et, d’autre part, à comprendre leurs mises en œuvre au travers de grandes familles grandes familles de réactions catalytiques. Les concepts clefs des catalyseurs hétérogènes (métalliques, oxydes...), homogènes (organométalliques) et enzymatiques seront enseignés.

Pour les aspects fondamentaux, le cours expliquera le rôle d’un catalyseur et la spécificité de la catalyse hétérogène via la description des étapes de la réaction d’une molécule sur une surface. En particulier, les étapes d’adsorption et d’activation d’une molécule seront présentées. Différents modèles thermodynamiques et cinétiques d’adsorption et de réaction seront introduits.

Par ailleurs, le cours présentera différents exemples révélant l’enjeu de la catalyse dans des procédés industriels éco-efficients, de la conversion de la biomasse ou du recyclage des plastiques. Le lien entre produits visés, spécifications, conditions réactionnelles et choix optimaux des catalyseurs sera illustré. Il visera une compréhension du fonctionnement des catalyseurs grâce à une description des phénomènes réactionnels depuis l'échelle atomique jusqu'à l’échelle industrielle. Le cours permettra aussi d’acquérir des connaissances sur différentes approches expérimentales (préparation, caractérisation et test) et théoriques (simulation quantique, modélisation cinétique) utilisées dans le contexte de la recherche en catalyse.

Ce cours a pour but d’apporter les différents outils pour décrire les complexes de métaux d. Ces complexes de métaux de transition seront décrits à la voie du point de vue de leur structure chimique et électronique. L’accent sera particulièrement mis sur les effets d’environnement et la chimie orbitalaire des complexes de métaux de transition. Enfin, sur le plan expérimentale, différentes voies de synthèse de ces complexes seront présentées.

Ce cours introduira les outils de cristallographie permettant de comprendre les structures cristallines et présentera la résolution de ces structures par la méthode de diffraction des rayons X.

Tout comme la chimie moléculaire, la chimie des matériaux dispose d’outils de caractérisation permettant d’étudier et de décrire la structure de la matière à l’échelle atomique mais aussi mésoscopique. Cette UE présentera trois de ces outils avec trois intervenants spécialistes de ces domaines : la RMN des matériaux, les techniques de microscopie électronique (MEB et MET) et les techniques de microscopie à champs proches (AFM et STM).

Ce cours est présente les différentes techniques physico-chimiques qui permettent de caractériser les propriétés électroniques et magnétiques des complexes d’éléments du bloc d. Le cours sera illustré par la présentation de plusieurs applications de ces complexes de métaux de transition.

A l’issu de ce cours, les étudiants seront capables de remonter aux divers relations structure-propriétés qui caractérisent les complexes de métaux de transition. Ce cours inclura aussi une formation à la lecture d’articles scientifiques sur le sujet de complexes de métaux du bloc d.

La société demande à réduire l’impact des produits et procédés chimiques dans l’environnement. La recherche académique et industrielle est très active pour essayer de minimiser cet impact avec la réduction de la dépendance aux combustibles fossiles et la mise en œuvre de procédés de fabrication écoresponsables et plus durables. La chimie verte contribue à promouvoir la conception et utilisation efficace de produits chimiques et de procédés chimiques plus respectueux de l’environnement.

Lors de ce cours, des aspects clés des principales pratiques de la chimie durable seront présentés par l’équipe encadrante et des spécialistes invités chaque année. Des cas d’étude seront traités par les étudiants avec l’équipe encadrante. 

Ce cours présente le concept de surface d’énergie potentielle et les méthodes qui permettent de remonter à des propriétés chimiques (thermodynamiques, cinétiques…) à partir de cette surface. Sur le plan théorique, ce cours introduit la théorie de la fonctionnelle de la densité, la méthode de chimie quantique la plus utilisée aujourd’hui. Nous verrons comment la densité électronique peut servir à la fois d’objet pour déterminer l’énergie d’un système mais aussi d’objet d’analyse de la liaison chimique, comme les orbitales moléculaires dans les théories de la fonction d’onde.

Le cours constitue la suite logique du cours L3 « Synthèse de molécules organiques », et approfondit considérablement la compréhension de la réactivité chimique dans un espace tridimensionnel. Un bref traitement de la théorie des groupes sera suivi par une discussion des différentes manifestations de la chiralité et de la topicité. Le chapitre de la sélectivité représente le passage logique de la stéréochimie statique à celle qui est dynamique. Au-delà des aspects fondamentaux, les étudiants seront systématiquement préparés à la conception de méthodes modernes de synthèse de composés optiquement actif.

This course is aimed at students who already have some familiarity with NMR spectroscopy, and who wish to deepen their understanding of how NMR experiments actually ‘work’. We concentrate on the description of common experiments, and explain in detail the phenomena behind these experiments. The quantum mechanical tools needed to analyse pulse sequences are introduced step by step, and are then applied to a series of one-dimensional and two-dimensional NMR experiments (COSY, DQF-COSY, TOSCY, DQ spectroscopy, INEPT, HSQC, HMQC, HMBC). Finally, we introduce the quantum mechanical tools needed for understanding electronic spins, and how they are observed by EPR spectroscopy.

La spectroscopie électronique permet de sonder la structure électronique des couches de valence et de cœur à l'aide des rayonnements UV-visible et X, respectivement. Nous aborderons les spectroscopies d'absorption, d'émission et de photoémission d'électrons dans un cadre commun, fondé sur l'étude des transitions entre des états couplés par l'interaction avec le rayonnement. Nous présenterons les règles de sélection, les facteurs influençant l'allure des spectres, ainsi que la mise en œuvre expérimentale et les principales applications. Les séances de TD porteront sur l'étude de cas concrets et de modèles simples.

Plan du cours

1. Interaction lumière-matière
Mots clés : règle d'or de Fermi, moment dipolaire de transition, règles de sélection
2. Spectroscopie d'absorption électronique
Mots clés : principe de Franck-Condon, symétrie des transitions électroniques, solvatochromisme
3. Spectroscopie d'émission
Mots clés : diagramme de Perrin-Jablonski, décalage de Stokes, règle de Kasha-Vavilov, rendement quantique, anisotropie de fluorescence
4. Spectroscopie de photoémission d'électrons et méthodes apparentées
Mots clés : UPS, XPS, XES, XAS, théorème de Koopmans

Le cours vise, d’une part, à acquérir les connaissances sur les principes fondamentaux de la catalyse et, d’autre part, à comprendre leurs mises en œuvre au travers de grandes familles grandes familles de réactions catalytiques. Les concepts clefs des catalyseurs hétérogènes (métalliques, oxydes...), homogènes (organométalliques) et enzymatiques seront enseignés.

Pour les aspects fondamentaux, le cours expliquera le rôle d’un catalyseur et la spécificité de la catalyse hétérogène via la description des étapes de la réaction d’une molécule sur une surface. En particulier, les étapes d’adsorption et d’activation d’une molécule seront présentées. Différents modèles thermodynamiques et cinétiques d’adsorption et de réaction seront introduits.

Par ailleurs, le cours présentera différents exemples révélant l’enjeu de la catalyse dans des procédés industriels éco-efficients, de la conversion de la biomasse ou du recyclage des plastiques. Le lien entre produits visés, spécifications, conditions réactionnelles et choix optimaux des catalyseurs sera illustré. Il visera une compréhension du fonctionnement des catalyseurs grâce à une description des phénomènes réactionnels depuis l'échelle atomique jusqu'à l’échelle industrielle. Le cours permettra aussi d’acquérir des connaissances sur différentes approches expérimentales (préparation, caractérisation et test) et théoriques (simulation quantique, modélisation cinétique) utilisées dans le contexte de la recherche en catalyse.

Dispensée en anglais / lectures are given in English

Ce cours est une introduction à la chimie du vivant et plus spécifiquement à la chimie de l’espèce humaine. 

Ce cours a pour but d’apporter les différents outils pour décrire les complexes de métaux d. Ces complexes de métaux de transition seront décrits à la voie du point de vue de leur structure chimique et électronique. L’accent sera particulièrement mis sur les effets d’environnement et la chimie orbitalaire des complexes de métaux de transition. Enfin, sur le plan expérimentale, différentes voies de synthèse de ces complexes seront présentées.

Ce cours présente les principes généraux de la catalyse homogène, hétérogène et enzymatique, en utilisant des notions de chimie de coordination et de chimie organique. La finalité est de connaitre les grandes réactions catalysées par des métaux de transition, la préparation de catalyseurs, les cycles catalytiques et leurs applications industrielles de la pétrochimie à la chimie pharmaceutique.

Ce cours est la continuité de l’UE Stéréochimie 1 : Fondamentaux du M1 S1. Nous continuerons de présenter les concepts fondamentaux liés à la stéréochimique en chimie organique.

Ce cours est présente les différentes techniques physico-chimiques qui permettent de caractériser les propriétés électroniques et magnétiques des complexes d’éléments du bloc d. Le cours sera illustré par la présentation de plusieurs applications de ces complexes de métaux de transition.

A l’issu de ce cours, les étudiants seront capables de remonter aux divers relations structure-propriétés qui caractérisent les complexes de métaux de transition. Ce cours inclura aussi une formation à la lecture d’articles scientifiques sur le sujet de complexes de métaux du bloc d.

La société demande à réduire l’impact des produits et procédés chimiques dans l’environnement. La recherche académique et industrielle est très active pour essayer de minimiser cet impact avec la réduction de la dépendance aux combustibles fossiles et la mise en œuvre de procédés de fabrication écoresponsables et plus durables. La chimie verte contribue à promouvoir la conception et utilisation efficace de produits chimiques et de procédés chimiques plus respectueux de l’environnement.

Lors de ce cours, des aspects clés des principales pratiques de la chimie durable seront présentés par l’équipe encadrante et des spécialistes invités chaque année. Des cas d’étude seront traités par les étudiants avec l’équipe encadrante.