sujet des examens smc s5 FSJ

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sujet des examens (non corrigés) smc5 FSJ de 2011-2012 à 2014-2015


SMC S5

  • Chimie organique fonctionnelle
  • Radiocristallographie et cristallochimie II
  • Cinétique et catalyse
  • Chimie théorique
  • Electrochimie
  • Techniques spectroscopiques d’analyse (UV-IR ; RMN 1H, masse)


sujet des examens smc s5 FSJ




MODULES DU SEMESTRE 5
MODULE 27 : CHIMIE ORGANIQUE FONCTIONNELLE
 (Cours: 18H , TD:18H ,TP: 12H) )
Chapitre I : LES COMPOSES AZOTES : AMINES, IMINES ET ENAMINES
I.- Généralités.
II-. Réactivité des amines aliphatiques
- Propriétés acides et basiques
- Propriétés nucléophiles :
• Alkylation d'Hofmann ; Elimination d’Hofmann ; Acylation d'amines ;
Sulfonylation (ou sulfonation) ; Nitrosation
• Réactions avec les composés carbonylés : synthèse des imines ; énamines; et
oximes
III- Réactivité des amines aromatiques
- Diazotation de l’aniline
• Réactions des sels de diazonium sans départ d’azote : Réactions de couplage
diazoïque
• Réactions avec départ d’azote : Réactions de Sandmeyer
IV- Exemples de méthodes de préparation des amines : méthode de Gabriel
Chapitre II : LES ALDEHYDES ET CETONES.
I- Généralités
II- Réactivité :
– Additions nucléophiles.
- Réactions d’addition nucléophile en catalyse basique
• Addition de carbanions : organométalliques - ion cyanure - diazomethane
- Réactions d’addition nucléophile en catalyse acide
• Addition d’alcools ; Addition d’amines primaires et de leurs dérivés : Z–NH2
− Réaction d’oxydoréduction
- Réaction d’oxydation
- Réactions de réduction : NaBH4 ; LiALH4 ; Wolff-Kischner ; Clemmensen.
− Réactions liées à la mobilité des H en du carbonyle
- En milieu basique : aldolisaiton ; Cétolisation ; Crotonisation
- Réaction de Cannizzaro
- Halogénation sur le carbone en du carbonyle en milieu acide et en milieu
basique
− Réactions des aldéhydes et cétones -éthyléniques.
- Addition nucléophile 1,2 et 1,4 : réaction de Michaël
III- Exemples de méthodes de préparation des composés carbonylés
Chapitre III : LES ACIDES CARBOXYLIQUES ET DERIVES
I- Généralités
II- Réactivité :
- Décarboxylation ; Déshydratation
- Additions nucléophiles sur le carbonyle
- Réduction
- Réactions au voisinage du carbonyle
III- Exemples de méthodes de préparation des acides carboxyliques
Chapitre IV : LES DERVES D’ACIDE
I- Généralités
II- Réactivité :
- Propriétés communes à tous composés RCOZ (Z=Cl, OR, OCOR, NR2, SR)
- Propriétés particulières des dérivés d’acide :
• Chlorures d’acide :  Réaction avec le diazométhane
• Esters : Réduction (LiAlH4 ; diisobutylaluminium) - Réaction avec les
organomagnésiens ; Saponification.- Réactions au voisinage du carbonyle (Claisen ;
Dieckmann ; condensation malonique ; Doebner-Knoevenagel ).
• Amides : Réduction; Nitrosation
• Nitriles : Hydrolyse ; réduction ; Réactions avec les organométalliques
III- Inter conversion entre dérivés d’acide.
Chapitre V : NOTIONS DE STEREOCHIMIE DYNAMIQUETravaux pratiques :
- Réaction de Cannizzaro ; Préparation de l’acide benzoïque et de l’alcool benzylique
- Synthèse d’une oxime
- Synthèse de Reimer et Tiemann : préparation d’aldéhyde salicylique
- Réaction de nitrosation ; Préparation de la N-niroso-diphénylamine
- Réaction de l’aniline sur du chlorure d’acétyle ; Synthèse d’un amide
MODULE M28 : RADIOCRISTALLOGRAPHIE ET CRISTALLOCHIMIE II (Cours : 18H , TD : 18H ; TP :
12H) )
PARTIE I :  Radiocristallographie
I- Les rayons X
− Introduction
− Généralités sur les Rayons X
− Production des Rayons X
− Absorption des Rayons X
− Interactions Rayons X / Matière
− Détection des Rayons X
− Méthodes d'investigation utilisant les Rayons X
II- Diffraction des rayons x par la matière cristallisée :
 Conditions d’interférences constructives - loi de Bragg - remarques pratiques
importantes sur la relation de Bragg : 2dhklsinθ = nλ - Amplitude diffractée - facteur de
structure- Extinctions systématiques- Extinctions dues au mode de réseau- Extinctions
dues aux éléments de symétrie translatoire- Interprétation géométrique dans l’espace
réciproque - domaines de diffraction - Formule de l'intensité diffractée par les plans (hkl)
d'un élément de cristal.
III- Diffractogrammes de poudres expérimentaux
− Poudres cristallines
− Identification de phases et autres applications
− Chambre de Debye-Scherrer
− Diffractomètre en géométrie Bragg-Brentano
III- Diffractogrammes sur cristaux expérimentaux
− Monocristaux
− Technique de résolution de structure
− Analyse chimique par fluorescence X
PARTIE II : CRISTALLOCHIMIE II
I- Structures complexes
-Composés de type MO3
-Composés de type AMO3 : Corindon M2O3 ; Pérovskite AMO3
-Composés de type AM2O4 Spinelle
II- Non stœchiométrie : cristal parfait, cristal réel, défauts
III- Solutions solides : solution solides de substitution, solution solides d’insertion, loi de
 Vegard
Travaux pratiques :
− Diffraction des Rayons X sur poudre : Méthode de Debye Scherrer, Méthode du compteur
(traitement de données par ordinateur)
− Etude de quelques solutions solides et d’une phase non stœchiométrique
− Identification de substances à l’aide des Fiches PDF
− Etude de transformation de phases
MODULE M29 : CINETIQUE ET CATALYSE   (Cours : 18H , TD :
18H ; TP : 12H) )
Partie I : CINETIQUE
CHAPITRE 1 : FACTEURS CINETIQUES
I- La vitesse d’une réaction chimique
1- La réaction chimique et son avancement
2- Obtention expérimentale des courbes cinétiques et définitions des vitesses
3- Facteurs cinétiques
II- Le facteur cinétique température, loi d’Arrhenius
III- Le facteur cinétique concentration, détermination expérimentale de l’ordre d’une réaction
chimique
1- Deux situations initiales particulières
2- La méthode différentielle
3- La méthode intégrale
4- La méthode des temps de demi-réaction
CHAPITRE 2 : REACTIONS COMPOSEES
I- Écriture des équations différentielles
1- Cas général de réactions simultanées
2- Cas des mécanismes réactionnels : composition d’actes élémentaires
II- Réactions renversables
1- Écriture des équations différentielles et résolution
2- Représentation graphique
3- Établissement d’un équilibre chimique
III- Réactions successives
1- Écriture des équations différentielles et résolution
2- Représentation graphique
3- Étape cinétiquement déterminante (ecd)
4- Approximation de l’état quasi stationnaire (AEQS)
IV- Résolution de problèmes grâce à l’AEQS : l’exemple des réactions en chaîne
1- Caractéristiques d’une réaction en chaîne
2- Méthode de résolution d’un mécanisme
V- Réactions jumelles (ou parallèles)
1- Écriture des équations différentielles
2- Représentation graphique
3-  Conclusions ; contrôle cinétique et contrôle thermodynamique
CHAPITRE 3- THEORIES CINETIQUES :
- théorie de collisions
- théorie du complexe activé
- Application à la prédiction des paramètres cinétique
PARTIE II : CATALYSE HOMOGENE
I- Introduction et Généralités
II- Catalyse acido-basique
III- Catalyse enzymatique.
a- Enzymes, généralités
b- Classes de réaction
c-  Applications en synthèse organique
IV- Organocatalyse
a-  Aldolisation
b-  Réaction de Knoevenagel
V-  Hydrogénation catalytique
a- Palladium ou platine supporté
b- Hydrogénation asymétrique (Ru, Rh)
VI-  Applications industrielles
a- Synthèse de l’ammoniac
b- Réaction de Fischer – Tropsch
c- Hydroformylation/Hydrocarboxylation
VII-  Introduction à la Catalyse hétérogène
Travaux pratiques :
− Suivi d'une réaction chimique d’ordre 1 par titrage
−  Suivi d’une réaction par spectrofluorescence
− Réaction catalysée. Etude de la cinétique en solution tampon. Détermination d'ordre de
réactions et de constantes de vitesses. Cette étude est menée par spectroscopie UV.
− Etude bibliographique d'une réaction de s-complexation.
− Détermination de constantes de vitesse et approche de l'aspect catalytique de cette
réaction.
MODULE M30 : CHIMIE THEORIQUE (Cours : 18H , TD : 18H ; TP : 12H) )
I- Rappels sur les axiomes de la mécanique quantique
Opérateurs et propriétés – Le moment cinétique.
II- L’atome hydrogénoïde
Orbitales atomiques - Equation de Schrödinger et son interprétation - Les méthodes
d’approximation (variation et perturbation) – Spin électronique et effet Zeeman.
III- L’atome poly électronique
Principe de Pauli - Déterminant de Slater - Orbitales de Slater.
Termes spectraux - Modèle de Russell- Saunders - Interaction spin- orbite - Transitions
optiques - Règles de sélection – Action d’un champ externe sur un atome - Effet Zeeman
normal et normal –.
IV- La molécule
 Les molécules et l’approximation orbitale – Les molécules et l’approximation LCAO Liaison chimique - Méthode de Hückel généralisée – Méthode des fragments –
Introduction aux théories de la réactivité chimique
V- Initiation à la symétrie moléculaire
 Eléments de symétrie - opération de symétrie - classe d’opération de symétrie - groupe
ponctuels de symétrie - Tableaux de caractères représentation réductible et irréductible
en coordonnées cartésiennes - Dénombrement des modes normaux des molécules
éthylène, cis et trans butadiène.
MODULE M31 : ELECTROCHIMIE (Cours : 18H , TD : 18H ; TP : 12H) )
I- Thermodynamique électrochimique
− Piles et accumulateurs
− Généralités : définitions, thermodynamique des piles
− Piles chimiques complexes
− Accumulateurs
− Piles de concentration
− Piles à combustibles
II- Cinétique électrochimique :
− Courbes de polarisation
− Processus d’électrodes, vitesse de réaction électrochimique.
− Courbes de polarisation : systèmes rapide et lent, domaine d’électro activité,
polarisation des électrodes, mécanismes des réactions électrochimiques, types de
surtension.
− Lois fondamentales de la cinétique électrochimique
− Théorie de la surtension d’activation
− Expressions dérivées de l’équation courant –potentiel
− Cinétique sous contrôle de transfert de charge, loi de Tafel
− Transport de matière
− Modes de transport de masse
− Processus de migration, diffusion et convection
− Cinétique électrochimique en régime de diffusion et en régime mixte.
− Transport de masse à l’état stationnaire
− Régime pur de diffusion
− Surtension de diffusion
− Cinétique en régime mixte : Correction de la diffusion
III- Applications
Coulométrie - Titrages potentiométriques et ampérométriques - Notions de corrosion –
Diagramme d’Evans - Piles et accumulateurs – Biocapteurs - Electrochimie en milieu non
aqueux.
Travaux pratiques :
Polarisation des électrodes -- Etude de la formation d'hydrogène sur différents métaux
Potentiométrie: détermination de constantes d'équilibre - Etude de la surtension et
détermination de vitesse de corrosion - Utilisation d'électrodes spécifiques
MODULE M32 : TECHNIQUES SPECTROSCOPIQUES D’ANALYSE (Cours : 21H , TD : 18H ; TP : 9H) )
CHAPITRE 1 : SPECTROSCOPIE DE L’ULTRAVIOLET ET DU VISIBLE
- Interaction de la lumière avec les molécules
- Spectres électroniques ; Origine des absorptions en relation avec les O.M.
- Etude des différents chromophores
- Loi de BEER – LAMBERT ; Validité de la loi de BEER – LAMBERT
- Spectrophotomètre UV – Visible et Applications
CHAPITRE 2 : SPECTROSCOPIE INFRA – ROUGE
- Domaine de longueur d’onde
- Origine de l’absorption dans le moyen infra – rouge
- Théorie classique des transitions vibrationnelles
- Théorie quantique des vibrations dans l’I. R. ; Spectre de raie et spectre de bande
- Absorptions caractéristiques des composés organiques
- Instrumentation en spectroscopie infra rouge
CHAPITRE 3 : RESONANCE MAGNETIQUE NUCLEAIRE DU PROTON
- Moment cinétique et moment magnétique. Etude du spin 1/2
- Appareil de résonance magnétique nucléaire
- Théorie de la RMN du 1H
- Champ magnétique haute fréquence, Champ radio fréquence. Signal
 RMN (FID)
- Influence de l’environnement d’un spin sur les conditions de résonance.
 Déplacement Chimique d.
- Interaction spin-spin et couplage scalaire J
- Interprétation des spectres RMN 1H
- Présentation d’un autre spin ½ : le 13C. Spectres caractéristiques du 13C
CHAPITRE 4 : SPECTROMETRIE DE MASSE
- Principe et théorie de la spectrométrie de masse
- Différentes méthodes d’ionisation (IE, IC…)
- Spectromètres de masse (magnétique, quadripôle, simple et double focalisation)
- Mécanismes de fragmentation
- Interprétation de spectres et applications.
MODULES DU SEMESTRE 6 (optionnel)
Modules du tronc commun :
 -Module 33 : les grandes classes de réactions organiques
 -Module 34 : chimie descriptive II et chimie de coordination
MODULE 33 : LES GRANDES CLASSES DE REACTIONS ORGANIQUES
(cours : 18, TD : 18H, TP : 12H)
I- Introduction : effets des solvants
II- Réactions de condensation :
a- Mécanisme général des réactions de condensation de composés carbonylés
b- Condensation aldolique en milieu acide et en milieu basique
c- Réaction aldolique mixte : réaction de Claisen-Schmidt.-Influence du pH ; Stéréo sélectivité
de la crotonisation
d- Réactions aldoliques intramoléculaires : Réaction de Michael, Annelation de Robinson
e- Condensation sur des imines, des iminiums et des enamines : Aminométhylation de
Mannich ; Réaction de Storck
f- Réactions analogues à la condensation aldolique : Réaction de Knoevenagel,
condensation malonique - Réaction de condensation de Claisen et Réaction de Claisen mixte
- Condensation de Claisen intramoléculaire (Cyclisation de Dieckmann) - Benzoination des
aldéhydes ; Réarrangement benzylique
g- Réactions impliquant des ylures
-Ylures au phosphore : Réaction de Wittig ; Réaction de Wittig-Horner
- Ylures au soufre : Réaction de Corey
III- Réactions de catalyse par transfert de phase : réaction d’alkylation (C, O, N, S) .
IV- Réactions d’oxydation et de réduction
−Oxydation : Généralités- Elimination d’atomes d’hydrogène-Rupture d’une liaison (C-C) -
Substitution d’un hydrogène par un oxygène-Addition d’un atome d’oxygène-Réactions de
couplage oxydant
− Réduction : Généralités-Substitution d'un oxygène (ou un halogène) par un hydrogèneElimination d’atomes d’oxygène-Addition d’atomes d’hydrogène-Rupture de liaisonCouplages réducteurs
V-  Réactions pericycliques :
- Les cycloadditions. :
Cycloadditions [4+2] ; Cycloadditions dipolaires-1,3, Cycloadditions [2+2]
-  Les réarrangements (réactions) électrocycliques
- Les réarrangements (migrations) sigmatropiques :
Réarrangement [3,3] de Cope et de Claisen ; Réarrangement [2,3] d’ylures ;
Réarrangement [5,5] benzidine.
VI- Réarrangements moléculaires
Réarrangement Wagner-Meerwein.- Réarrangement pinacolique - Réarrangement
Réarrangement semipinacolique - Réarrangement benzylique -Réarrangement de WolfRéarrangement de Schmidt des acides carboxyliques - Réarrangement de Beckman Réarrangement de Schmidt modifié (d’aldéhydes et de cétones) - Réarrangement de
Baeyer-Villiger
VII- Réactions radicalaires
Réactions de substitution radicalaire, Réactions d'addition radicalaire, Réactions de
polymérisation.
Travaux pratiques
Condensation de CLAISEN SCHMIDT - Condensation de Knoevennagel - Synthèse de la
dibenzylacétone - Réduction d’une cétone à un alcool par le Zinc ou par l’isopropylate
d’aluminium - Réaction de Diels Alders -Transposition de Beckmann – Transposition
Pinnacolique -.
MODULE 34: CHIMIE DESCRIPTIVE II ET CHIMIE DE COORDINATION (cours : 18, TD : 18H, TP :
12H)
Partie I : CHIMIE DESCRIPTIVE II
− Chimie descriptive du bloc d et f
−-Rappels concernant la classification périodique des éléments.
−-Propriétés générales des éléments de transition.
−-Etudes des différents groupes des éléments de transition (états d’oxydation, obtention
des éléments, propriétés générales et principales réactions).
- Groupe de Scandium.-Groupe du Titane.
- Groupe du Vanadium.
- Groupe du Chrome.
- Groupe du Manganèse.
- Groupe du Fe, Co, Ni (1 ère Triade) .
- Groupe du Platine (2ème et 3ème Triades).
- Groupe du Cuivre.
- Groupe du Zinc.
- Etudes de quelques éléments du bloc f
- Groupe des Lanthanides.
- Groupe des Actinides.
Partie II-CHIMIE DE COORDINATION
I- Les complexes des éléments de transition.
 -Propriétés générales des éléments de transition- Complexes de coordination-
 -Nomenclature-Géométrie-Isomérie-Stabilité-Application aux dosages
II- Théorie de la liaison de valence
III- Théorie du champ cristallin
 - Champ octaédrique ; Champ octaédrique déformé ; Champ tétraédrique ; plan carré
 - L’énergie de stabilisation du champ cristallin
 - Les facteurs qui influent sur la grandeur ∆
IV- Applications de la théorie du champ cristallin.
 - Stabilité relative des structures
 - Effet Jahn-Teller
 - Couleurs et introduction aux propriétés optiques et magnétiques.
V- Théorie des orbitales moléculaires(LCAO).
- Théorie du champ des ligands pour quelques géométries (octaédrique etc. ……)
- Influence des liaisons donneurs
- Influence des liaisons, donneurs et accepteurs.
Travaux pratiques :
- Détermination de la formule d'un phosphate
- Préparation et analyse d’un alun de chrome
- Complexes - stabilité – couleur – dosages complexometriques.
- Synthèse et analyse du ferrite de zinc de structure spinelle
 
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