L’étude des propriétés des molécules est essentielle en chimie

Objectif

Le but de la spécialité Chimie Physique et Théorique est de donner aux étudiants une formation rigoureuse dans l’étude théorique de la structure et de la dynamique des systèmes chimiques et physico-chimiques. Il s’agit de donner une vision large de la discipline permettant une spécialisation rapide en début de thèse.

Cette spécialité permettra aux étudiants d’obtenir le M2 avec le Label Français de Chimie Théorique.

Ce label créé à la rentrée 2006 est reconnu au niveau national par toutes les équipes de recherche relevant de la discipline et .
Les enseignements du Label couvriront divers aspects de la physico-chimie théorique se répartissant dans quatre thématiques principales :

• 
  Molécule isolée
  
• 
  Solide
  
• 
  Simulation des systèmes complexes
  
• 
  Approche quantique des mouvements des noyaux
  

Pour bénéficier du Label, les étudiants de la Spécialité suivront des enseignements en commun avec les autres étudiants du Pôle Régional, Toulouse faisant partie du pôle Sud-Ouest comprenant également Bordeaux, Montpellier, Perpignan et Pau.

Une première semaine d’enseignement commun avec les autres étudiants du Pôle a lieu début septembre (UE 17 : LFCT1), et, une seconde au cours du mois de janvier (UE 18 : LFCT 2). Ces semaines se dérouleront dans un des centres universitaires du Pôle.

Les frais de transport et de séjour sont pris en charge par le Réseau Français de Chimie Théorique (RFCT).
Le stage de recherche du second semestre se déroulera obligatoirement dans un laboratoire de chimie théorique.


UE16 – METHODES ET TECHNIQUES DE LA CHIMIE QUANTIQUE

20h de cours
Enseignant responsable : Stefano EVANGELISTI

 118 route de Narbonne - Bât 3R1B4 porte 230  05 61 55 76 94

 [e-mail]
Équipe pédagogique : S. EVANGELISTI, M.-C. HEITZ, T. LEININGER

Programme

L’objectif de cet enseignement est de présenter les bases des méthodes modernes de la Chimie Quantique. Les aspects théoriques seront illustrés par des exemples de calculs issus d’applications concrètes.

1) Structure électronique : introduction à la chimie quantique

a) Fonctions d’onde et spin-orbitales

b) Méthode Hartree-Fock

c) Orbitales moléculaires et fonctions de bases d’orbitales atomiques

d) Corrélation électronique (ab initio, DFT)
2) Introduction à la dynamique réactionnelle quantique : processus photo-induits unimoléculaires

a) approximation de Born-Oppenheimer et au-delà : processus non-adiabatiques

dynamique : approches quantique, classique, mixte

b) dynamique de photodissociation, lien entre processus dynamique et spectre d'absorption

c) spectroscopie résolue en temps : formalisme et exemples


UE17 - LABEL FRANÇAIS DE CHIMIE THEORIQUE 1

MODULES D’OUVERTURE

20h de cours
Enseignant responsable : Thierry LEININGER

 118 route de Narbonne - Bât 3R1B3 porte 206

 05 61 55 61 52  [e-mail]
Équipe pédagogique : S. EVANGELISTI, T. LEININGER, C. TEICHTEIL + (autres intervenants du Pôle régional)

Programme

Cette UE1 se déroule début septembre (avant les cours du tronc commun du M2R Chimie) dans un des centres universitaires du Pôle régional,. Elle est consacrée à deux enseignements d'ouverture relevant de la chimie théorique et proposés par un des centres. Les seuls pré-requis nécessaires sont ceux du M1. Bien que la liste de ces enseignements ne soit pas figée, on peut citer à titre d’exemple :

• 
  Problèmes multi-échelle
  
• 
  Méthode d’étude des macro-molécules biologiques
  
• 
  Dynamique des Liquides
  
• 
  Effets Relativistes
  
• 
  Physique Statistique Hors Equilibre
  
• 
  ....
  

Ces enseignements donneront lieu à des projets tutorés réalisés localement au cours du semestre et donneront lieu à un bref rapport et une soutenance orale organisée pour l’ensemble des étudiants du Pôle.

uE18 – LABEL Français DE CHIMIE THEORIQUE 2

METHODES THEORIQUES AVANCEES

20h de cours
Enseignant responsable : Thierry LEININGER

 118 route de Narbonne - Bât 3R1B3 porte 206

 05 61 55 61 52  [e-mail]
Équipe pédagogique : S. EVANGELISTI, S. HOYAU, T. LEININGER + (autres intervenants du Pôle régional)

Programme

Au cours de cette seconde semaine d’enseignement commun se déroulant avant le début de stage de recherche et regroupant tous les étudiants du Pôle régional, les étudiants approfondiront leurs connaissances dans deux des thématiques principales sur la base des enseignements suivis au cours du 1^er semestre du M2, par exemple

• 
  Molécule isolée :
  
  • 
    Les aspects électroniques, qualitatifs et quantitatifs vus à travers la corrélation électronique…
    
• 
  Solide
  
  • 
    Aspects électroniques liés à la périodicité et effets de surface…
    
• 
  Simulation des systèmes complexes
  
  • 
    Thermodynamique statistique, milieu condensé non ou peu organisé, méthodes QM/MM…
    
• 
  Approche quantique des mouvements des noyaux
  
  • 
    Réactivité et spectroscopie…
    

uE19 - Catalyse organométallique : dialogue théorie-expérience

20h de cours
Enseignante responsable : Laurent MARON

 LPCNO, INSA, 137, avenue de Rangueil – 31077 Toulouse

 05 61 559664  [e-mail]
Équipe pédagogique : L. MARON, R. POTEAU

Programme

Ce module constitue une confrontation théorie-expérience dans le domaine de la chimie organométallique des éléments d et f. En particulier, la détermination de profils réactionnels, ainsi que des grandeurs thermodynamiques et cinétiques de réactions, seront présentées sur des exemples concrets (réactions de Muraï, réactions de polymérisation, cycles catalytiques de fonctionnalisation des oléfines…). La chimie des éléments f sera ensuite abordée.

Le contenu de ce module s’articulera autour de trois grandes parties :
1/ Méthodes théoriques pour le traitement de la réactivité (6h)

• 
  Théorie de la fonctionnelle de la densité : principes
  
• 
  Méthodes d’analyse de la densité électronique : NBO, Bader
  
• 
  Techniques de pseudopotentiels : principes et exemples
  

2/ Réactivité des complexes de métaux de transitions (8h)

• 
  Rappels sur les classes de ligands, le décompte électronique
  
• 
  Les grandes classes de réactions : addition oxydante, élimination réductrice, insertion, métathèse
  
• 
  Etude mécanistique de quelques grandes réactions (profils énergétiques et confrontation théorie-expérience) : réaction de polymérisation de type Ziegler-Natta, réactions de Muraï
  
• 
  Etude théorique de cycles catalytiques : réactions de fonctionnalisation des oléfines
  

3/ Réactivité des complexes de métaux f (6h)

• 
  Les particularités des lanthanides : comparaison groupe III/lanthanide
  
• 
  Etude de réactions d’activation de liaisons inertes : activations C-H, Si-H et C-F
  
• 
  Etude d’un cycle catalytique : l’hydrométhylation du propène (comparaison Sc/Lu)
  
• 
  La chimie des actinides : rôle des orbitales f (comparaison groupe III/lanthanide/actinide)
  
• 
  Etude de réactions d’activation et d’insertion
  

UE20 - CHIMIE DES MACROMOLECULES D'ORIGINE VEGETALE

20h de cours
Enseignante responsable : Françoise SILVESTRE

 ENSIACET - Laboratoire de Chimie AgroIndustrielle - 118 route de Narbonne - 31077 Toulouse cedex 9  05 62 88 57 44  [e-mail]

Equipe pédagogique : E. BORREDON, M. DELMAS
Objectif

Cette UE a trait à l'étude de la réactivité chimique des principaux constituants d'origine végétale en vue de leur meilleure valorisation. La détermination des structures des substrats végétaux ainsi que leurs propriétés physico-chimiques permettent une bonne appréhension des domaines d'applications.

Programme

Mono et Oligosaccharides

Origine et structure : Asymétrie, liaison hydrogène - Effet anomérique - Analyse structurale

Réactivité des monosaccharides : Extension de chaîne - Synthèses asymétriques - Réactivité en milieu H⁺ et OH^- - Oxydation et réduction - Glycosidation et fonctionnalisation

Réactivité des oligosaccharides : Stabilité H⁺ et OH^- - Synthèse par glycosiliation

Synthèses totales à partir de monosaccharides

Chimie industrielle : Sucreries - Distilleries - Unités de fermentation - Furfural et dérivés
Polysaccharides

Origine et structure : Propriétés physicochimiques - Analyse structurale

Etat solide et solution : Assemblages supramoléculaires - Structures cristallines - Epaississement et gélification

Réactivité et modification des groupes fonctionnels : Ethérification - Estérification - Ethoxylation - Xanthanisation - Phosphorylation – sulfonation etc...

Polysaccharides industriels : Inuline - Agar-Agar - Carraghénanes - Pectines - Dextranes -Amidon - Amidonneries - Distilleries - Bioproduits - Cellulose et pâtes à papier mécanique - Thermomécanique chimique et organosolve
Lipides

Les principaux constituants chimiques : les acides gras et les glycérides

La production d’huile végétale : économie et procédés industriels

Propriétés physico-chimiques des corps gras : structure, état solide, état liquide

La réactivité en lipochimie : le groupe carboxyle et la chaîne hydrocarbonée

Les applications industrielles
Lignines

Influence de la structure des différentes lignines en fonction de la nature du végétal.

Présentation des principaux procédés d'isolement de la lignine.

Etude des processus réactionnels mis en jeu lors de la solvolyse acide et basique des lignines.

Etude de la réactivité des lignines et du bois, nouvelles perspectives.

UE21 – OUTILS DE LA CHIMIE VERTE

20h de cours
Enseignant responsable : Philippe SERP

 ENSIACET - Laboratoire de Catalyse Chimie Fine et Polymères - 118 route de Narbonne - 31077 Toulouse cedex 04  05 62 88 57 00

[e-mail]
Equipe pédagogique : C. VACA GARCIA, C. SABLAYEROLLES, S. SAMBOU, P. SERP
Objectif

Cet enseignement vise à une sensibilisation à la notion de développement durable et aborde les apports concrets de la Chimie Verte (« Green Chemistry ») dans ce contexte. Il vise également à sensibiliser les étudiants aux nouveaux outils disponibles pour le chimiste afin de développer de nouveaux procédés ou produits respectueux de l'environnement.

Programme

1. 
   Introduction : le contexte mondial de l'utilisation de resources renouvelables, la crise énergétique et pétrolière, la notion de développement durable, l’apport de la « Green Chemistry », notion d’économie d’atomes,…
   

II. Nouvelles démarches et législations :

• 
  les douze principes de la Green Chemistry,
  
• 
  l’analyse de cycle de vie : L'analyse du cycle de vie ou « écobilan » se base sur le concept de développement durable en fournissant un moyen efficace et systématique pour évaluer l'impact sur l'environnement d'un produit ou d'un procédé,
  
• 
  la directive Européenne REACH ("Registration, Evaluation and Authorization of Chemicals".) : procédures d'enregistrement et d'autorisation des dizaines de milliers de substances chimiques produites et importées en Europe, de manière à éliminer les substances "dangereuses".
  

III. Nouveaux outils pour le chimiste :

• Les liquides ioniques : synthèse et propriétés physico-chimiques – influence du cation et de l’anion sur les propriétés, applications

• Les milieux supercritiques : Physico-chimie des fluides super critique, Applications

• Les bio-solvants

• Chimie combinatoire : La problématique de la méthodologie de travail en chimie et catalyse combinatoire, exemples d’applications

SEMESTRE 10
STAGE DE FORMATION PRATIQUE EN LABORATOIRE

Il se déroule de Février à Juin. Il donne lieu à un mémoire de 15 pages dont la soutenance a lieu fin juin-début juillet. L’étudiant présente son mémoire devant un jury permanent constitué de 5 enseignants-chercheurs ou chercheurs. Deux jurys permanents fonctionnent en parallèle. Chaque jury est constitué d’un représentant de chaque spécialité (4 en tout) et d’un coordonnateur désigné par le Conseil de Formation du M2 Chimie recherche. Pour un total de 300 points, l’exposé comptera pour 80 points, le rapport écrit pour 50 points, les réponses aux questions pour 120 points. La note de stage donnée par le responsable de stage sera sur 50 points.

Pour choisir leur lieu de stage, les étudiants auront à leur disposition, fin octobre, un document regroupant toutes les propositions de stage faites par les laboratoires et équipes de recherche. Ils devront, fin novembre AU PLUS TARD, faire connaître un classement comportant trois sujets de stage par ordre de préférence. Ce délai d’un mois leur laisse le temps de discuter avec le responsable de chaque stage qui les intéresse. Le responsable de stage choisira un étudiant dans le classement proposé. L’ensemble des stages doit avoir été attribué IMPERATIVEMENT avant les vacances de Noël.
Les stages ont lieu majoritairement dans les laboratoires de chimie reconnus par l’Ecole Doctorale (ED) de Sciences de la Matière dont la liste est présentée ci-dessous. Un certain nombre de stages peut se faire dans des laboratoires universitaires ou industriels n’appartenant pas à l’ED.
- Laboratoire de Chimie de Coordination (LCC-UPR 8241. Directeur : B. Chaudret)

http://www.lcc-toulouse.fr
- Laboratoire de Synthèse et Physico-chimie de Molécules d'Intérêt Biologique (SPCMIB-UMR 5068. Directeur : M. Baltas)

http://spcmib.ups-tlse.fr/accueil.html
- Laboratoire Hétérochimie Fondamentale et Appliquée (HFA-UMR 5069. Directeur : A. Baceiredo)

http://hfa.ups-tlse.fr

- Laboratoire des Interactions Moléculaires et Réactivité Chimique et Photochimique (IMRCP-UMR 5623. Directrice : M. Mauzac)

http://imrcp.ups-tlse.fr
- Laboratoire de Chimie et Physique Quantiques (LCPQ-UMR 5626. Directeur : F. Spiegelman)

http://www.irsamc.ups-tlse.fr

- Laboratoire de Physique et Chimie des Nanoobjets (LPCNO-UMR INSA/CNRS/UPS 5215. Directeur : J.-P. Daudey)

        http://www.irsamc.ups-tlse.fr/LPCNO

- Centre d'Élaboration de Matériaux et d'Études Structurales (en partie) (CEMES-UPR 8011. Directeur : J.-P. Launay)

http://www.cemes.fr/r2_rech/r2_sr2_gns/index.htm

- Laboratoire Pharmacochimie des Substances Naturelles et Pharmacophores Redox (en partie) (PSNPR-UMR IRD-UPS (U152). Directrice : F. Nepveu)

http://www.pharmacie.ups-tlse.fr/

- Laboratoire de Chimie Bioinorganique Médicale (LCBM-JE 2400. Directrice : M. Fiallo. Castres)

http://www.iut-tlse3.fr/recherche/fchimc.pdf
- Laboratoire de Catalyse et de Chimie Fine et Polymères (LCCFP-EA-ERT 007, ENSIACET-INP. Directeur : P. Kalck)

http://www.ensiacet.fr/ENSIA7_FR/RECHERCHE/LABORATOIRE/LCCFP/lccfp.shtml

- Laboratoire de Chimie AgroIndustrielle (LCA – UMR 1010 INRA/INPT-ENSIACET. Directeur : Pr. Marie Elisabeth Borredon)

http://lca.ensiacet.fr/
 - Prof. Paul-Louis FABRE et Olivier Reynes (MCF)

Département Procédés Electrochimiques - Laboratoire de Génie Chimique UMR CNRS 5503

Tel : [phone] ; [e-mail]

http://lgc.inp-toulouse.fr