Ce cours introduit les fondations théoriques de base permettant de décrire la structure et la réactivité des molécules organiques. La théorie des orbitales moléculaires permet d’expliquer la géométrie préférentielle des molécules ainsi que la nature des transformations qu’elles subissent lorsqu’elles sont mises en présence de réactifs de natures différentes.

L’objectif du cours est de donner à des élèves n’ayant pas eu de formation poussée en chimie les bases nécessaires à une compréhension des réactions étudiées en chimie organique ainsi que le vocabulaire utilisé pour décrire ces transformations. Les élèves doivent avoir acquis à la fin de ce cours les connaissances leur permettant de suivre les cours longs de chimie (CHI431, CHI441 et CHI451) ou bien les contenus chimiques des enseignements de biologie.

A cette fin, le cours est divisé en sept chapitres dont les contenus sont succinctement décrits dans la liste ci-dessous.

Chapitre 1 : Structure Electronique de l’Atome
1. Description Quantique de la Matière
2. Notion d’Orbitale Atomique : L’Atome d’Hydrogène
3. Atomes Polyélectroniques : Règles de Remplissage
4. Evolution des Propriétés dans la Classification Périodique

Chapitre 2 : Structure Electronique des Molécules
1. Rappels sur la Structure de Lewis des Molécules
2. Géométries des Molécules : Méthode VSEPR
3. Approximation de Born-Oppenheimer
4. Notion d’Orbitale Moléculaire : Méthode CLOA
5. Principe de Construction d’un Diagramme d’OM
6. Exemples d’Application

Chapitre 3 : Groupes Fonctionnels en Chimie Organique
1. Les Fonctions de la Chimie Organique
2. Les différents types d’isomérie
3. Analyse Conformationnelle.
4. Influence électronique des substituants : effets inductifs, mésomérie, hyperconjugaison

Chapitre 4 : Notions de Mécanismes Réactionnels
1. Notion de Surface d’Energie Potentielle
2. Théorie de l’Etat de Transition
3. Réactions de Substitution Nucléophile
4. Réactions de Substitution Electrophile
5. Réactions d’Addition Nucléophile

Chapitre 5 : Approche Orbitalaire de la Réactivité
1. Théorie des Orbitales Frontières
2. Contrôle de Charge vs. Contrôle Orbitalaire
3. Basicité vs. Nucléophilie
4. Exemples d’application

Chapitre 6 : Système Conjugués
1. Méthode de Hückel
2. Formules de Coulson
3. Aromaticité
4. Luminescence

Chapitre 7 : Réactions Péricycliques
1. Electrocyclisations
2. Cycloadditions
3. Contrôle de la sélectivité
4. Influence d’un catalyseur

Références bibliographiques :
  • Introduction à la chimie moléculaire par Eric Olaf Clot
  • Structure électronique des molécules : de l'atome aux molécules simples par Y. Jean et F. Volatron
  • Structure électronique des molécules : géométrie, réactivité et méthode de Hückel par Y. Jean et F. Volatron
  • Frontier orbitals and organic chemical reactions par Ian Fleming

    Niveau requis : Il n’y a aucun pré-requis pour ce cours qui s’adresse uniquement aux élèves ayant fait peu de chimie dans leur parcours ; ce cours peut être utile pour suivre les cours longs de chimie CHI431, CHI441 ou CHI451.

    Le cours CHI411 est réservé aux élèves non issus de la filière PC.

    Langue du cours : Français

    Credits ECTS : 5
  • Ce cours a pour objectif de parfaire les bases de la chimie organique vues en classe préparatoire et d’implémenter ces connaissances en introduisant notamment la réactivité de composés azotés, d’hétéroéléments, ou encore des dérivés de complexes de métaux de transition.

    A cette fin, le cours est divisé en sept chapitres dont les intitulés sont donnés dans la liste ci-dessous. Tout au long de ce cours, différentes interventions, effectuées sous la forme de mini-conférences, donnent des éclairages sur divers aspects très actuels de la recherche en chimie organique.

    Chapitre 1 : les dérivés carbonylés
    Chapitre 2 : les grandes fonctions azotées
    Chapitre 3 : Les fonctions trivalentes
    Chapitre 4 : Les composés carbonés insaturés
    Chapitre 5 : Les réductions
    Chapitre 6 : Les oxydations
    Chapitre 7 : Les organométalliques

    Niveau requis : Ce cours est réservé aux élèves issus de la filière PC ou ayant fait de la chimie dans leur parcours antérieur.

    Langue du cours : Français

    Credits ECTS : 5
    Le cours expose les notions fondamentales permettant de rationaliser la chimie des métaux de transition. En s’appuyant sur la théorie des orbitales moléculaires (dont les bases seront rappelées succinctement pour qu’aucun pré-requis ne soit nécessaire), le cours est illustré par l’étude de molécules dont l’importance en chimie industrielle et en chimie verte est fondamentale. Ensuite, à partir des notions de conjugaison et d’aromaticité, la structure cristalline des solides et les interactions intermoléculaires sont abordées pour introduire aux propriétés électroniques des solides unidimensionnels, aux cristaux liquides et aux applications dans le domaine de l’électronique ou de la conversion d’énergie.

    Niveau requis : Prérequis pour CHI441 et le PA de Chimie moléculaire.
    Conseillé pour CHI451 et le PA de Chimie des matériaux.

    Langue du cours : Français

    Credits ECTS : 5
    Le cours présente les concepts et réactions de base de la chimie organométallique et leurs applications dans différents domaines : chimie fine, transformations catalytiques d'importance industrielle, activation de petites molécules... Après la présentation des principes généraux de la réactivité des complexes organométalliques, de la nature de l’interaction métal-ligand, le cours aborde l'utilisation de ces complexes dans le domaine de la catalyse homogène. Une partie du cours sera dédiée à la chimie des éléments du groupe principal (B, Si, P…), lien naturel entre chimie organique et chimie organométallique.

    Langue du cours : Français

    Credits ECTS : 5
    Ce cours constitue une introduction au domaine de la chimie des matériaux, dont les applications sont nombreuses : matériaux pour le bâtiment, les transports, la conversion et le stockage de l’énergie, la catalyse hétérogène, les technologies de l’information et les biotechnologies…

    Les objectifs sont de montrer (1) le lien direct existant entre la structure chimique des matériaux et leurs propriétés, et donc (2) l’importance de la compréhension des mécanismes de synthèse et de la maîtrise des procédés de mise en œuvre.

    Ce cours est divisé en deux grandes parties d’égales importances focalisées d’une part sur les matériaux organiques (Polymères Industriels) et d’autre part sur les matériaux inorganiques (Chimie du Solide). Le contenu du cours est succinctement décrit dans la liste ci-dessous.

    Première partie : Polymères Industriels

    Chapitre 1 : Introduction
    1. Propriétés Caractéristiques des Polymères
    2. Dispersité des Masses Molaires
    3. Diversité des Structures Macromoléculaires
    4. Les Grandes Classes de Polymères et leurs Voies de Synthèse

    Chapitre 2 : Le Polystyrène
    1. Les Différentes Classes de Polystyrènes (Cristal, Choc, Expansé)
    2. Mécanisme de la Polymérisation Radicalaire
    3. Procédés

    Chapitre 3 : Les Polyoléfines
    1. Polymérisation Radicalaire (LDPE)
    2. Catalyse Ziegler-Natta (HDPE, LLDPE, UHMWPE)
    3. Catalyse par les Métallocènes (HDPE, PP)
    4. Procédés

    Chapitre 4 : Les Silicones
    1. Propriétés
    2. Polymérisation par Ouverture de Cycles
    3. Applications des Elastomères Silicones

    Chapitre 5 : Les Polyamides
    1. Relation Structure - Propriété
    2. Polymérisation par Ouverture de Cycles
    3. Polycondensation

    Chapitre 6 : Les Polyépoxydes
    1. Exemples d’application
    2. Polycondensation de Monomères Multifonctionnels
    3. Diagramme Temps -Température -Transformation
    4. Procédés

    Deuxième partie : Chimie du Solide

    Chapitre 1 : Introduction à la chimie du solide et des matériaux
    1. Définition d’un matériau, différents type et classes de propriétés
    2. Critères de choix d’un matériau
    3. Enjeu de la recherche en sciences des Matériaux
    4. Chimie du solide / Chimie des matériaux

    Chapitre 2 : De l’atome au solide
    1. Différents états de la matière, diagrammes pression/température
    4. Eléments chimiques, Configuration électronique des atomes et des ions, liaisons dans les solides
    5. Stœchiométrie - Diagrammes de phase
    6. Le solide cristallin « parfait » comme empilements de sphères dures

    Chapitre 3 : Structure des matériaux
    1. Etats cristallisés et amorphes
    2. Structures cristallines, rappels de cristallographie élémentaire
    3. Structures types : structures dérivées d’empilements compacts et autres structures classiques
    4. Détermination des structures - Diffraction des rayons X
    5. Autres techniques de caractérisation des solides

    Chapitre 4 : Ecart à l’idéalité
    1. Notions de microstructure
    2. Défauts
    3. Non-stœchiométrie

    Chapitre 5 : Elaboration des matériaux
    1. Problématiques liées aux méthodes d’élaboration des matériaux : composition, microstructure, mise en forme
    2. Voies céramiques
    3. Chimie du dépôt des couches minces : CVD, PVD
    4. Voies liquides d’élaboration, voie sol-gel

    Chapitre 6 : Quelques matériaux à propriétés remarquables
    1. Silice et dérivés
    2. Nanomatériaux
    3. Matériaux poreux


    Références bibliographiques :
    • Chimie et physico-chimie des polymères par M. Fontanille et Y. Gnanou
    • Solid State Chemistry, an introduction – L. Smart, E. Moore, Chapman & Hall, London 1992

    Niveau requis : Il n’y a aucun prérequis pour ce cours.

    Langue du cours : Français

    Credits ECTS : 5