Acquis d'apprentissage

Définition, description, caractérisation, propriétés physiques et chimiques de systèmes supramoléculaires organiques et inorganiques. Applications (stratégies de macrocyclisation, médecine, matériaux, topologie, catalyse et photochimie, bio-organiques, organométalliques).

Pré-requis: cours chimie organique, chimie physique et inorganique du baccalauréat en Chimie.

Objectifs

L'objectif de ce cours est de familiariser les étudiants à la Chimie Supramoléculaire, la chimie "au-delà de la molécule", traitant des processus de reconnaissance moléculaire, d'auto-assemblage et d'auto-organisation. Savoir utiliser la reconnaissance moléculaire pour fabriquer des 'dispositifs' supramoléculaires.

Contenu

La chimie supramoléculaire s'intéresse aux assemblages intermoléculaires engageant des «interactions non-covalentes». Si la chimie moléculaire a conçu et conçoit encore des millions de «nouveaux mots chimiques» à partir des lettres atomiques, la chimie supramoléculaire construit des «phrases» et des «paragraphes chimiques», et in fine pour le futur, des édifices moléculaires si complexes que l'on pourrait les comparer à des livres.

Communication, information, auto-assemblage, auto-organisation, associations réversibles et adaptables à l'environnement, propriétés émergentes sont quelques-uns des concepts que ce cours de chimie supramoléculaire explore, aux interfaces entre la chimie, la biologie et la physique.

Table des matières

1) Interactions et reconnaissance moléculaire
Type d'interactions
Reconnaissance et stabilité
Stoichiométrie des complexes
Reconnaissance et sélectivité
2) Préorganisation et récepteurs moléculaires
Topologie et géométrie de récepteurs
Les podants
Les coronands
Les cryptands
3) Reconnaissance de substrats cationiques
Effets de l'organisation
Les éthers couronnes
Les cryptands
4) Reconnaissance de substrats neutres
Reconnaissance par liaisons hydrogène
Polynucléotides et ADN
5) Quelques classes particulières de récepteurs
Les cyclodextrines
Les métallamacrocycles
6) Reconnaissance de substrats anioniques
Récepteurs d'anion
Reconnaissance d'anions sphérique
Reconnaissance d'anions linéaire
Reconnaissance de nucléotides
7) Extraction et transport
Extraction et solubilisation de sels en milieu organique
Transport passif et actif
Sélectivité de transport
8) Réactivité et catalyse supramoléculaire
9) Quelques classes de molécules particulières
Les rotaxanes et caténanes
Les calixarènes
Les triptycènes et les hélicènes
10) Les roues et les nanovéhicules moléculaires
Les triptycènes commes roues et engrenages
La nanocar race 2021
11) Les machines et moteurs moléculaires
Les navettes moléculaires
Les presses moléculaires

Exercices

N/A

Méthodes d'enseignement

Le cours se donne en français ou en anglais, selon le choix des étudiants.

Table des matières pour 2023/2024:
1) Introduction to supramolecular chemistry
- Supramolecular interactions
- Molecular recognition
2) Molecular hosts
- Topology
- Preorganization
- Topicity and complexation stoichiometry
3) Recognition of cationic substrates
- Types of guests and interactions
- Examples of hosts
4) Recognition of neutral substrates
- Types of guests and interactions
- Examples of hosts
5) Recognition of anionic substrates
- Types of guests and interactions
- Examples of hosts
6) Remarkable types of synthetic molecular hosts
- Oligomeric macrocycles
- Metal-organic macrocycles and cages
7) Applications of supramolecular chemistry
- Sensing
- Separation and transport
- Catalysis and supramolecular protection
- Dynamic combinatorial chemistry
8) Supramolecular chemistry in bioorganisms
- DNA and RNA
- Micelles, vesicles and membranes
- Proteins and enzymes
9) Construction of molecular architectures through supramolecular chemistry
- Template effect
- Rotaxanes
- Catenanes
- Knots
- Polyhedra
10) Molecular machines
- Molecular shuttles and motors
- Molecular robotics
- Nanocars

Méthode d'évaluation

L'évaluation consiste en un examen écrit de 3 heures (questions de cours et problèmes de réflexion sur des articles scientifiques récents).

L’évaluation se fait à livres fermés, l’étudiant ne pourra donc pas se munir de supports de cours ou d'autres documents ou outils lors de l'examen.

Sources, références et supports éventuels

Jean-Marie Lehn, De Boeck Université (disponible à la bibliothèque et au bureau du professeur) - Supramolecular Chemistry
J.W. Steed and J.L. Atwood, 2nd Edition (2009), John Wiley & Sons

Langue d'instruction