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La chimie analytique est la branche de la chimie qui a pour but l'identification, la caractérisation et la quantification des substances chimiques ainsi que le développement des méthodes nécessaires à cette analyse. Les méthodes de chimie analytique font référence aux techniques utilisées pour la détection, l'identification, la caractérisation et la quantification des composés chimiques. Ces méthodes sont couramment utilisées en biologie pour la recherche, le développement et le contrôle de qualité des produits pharmaceutiques. Où utilise-t-on la chimie analytique ? Les applications de la chimie analytique comprennent : Assurer la sécurité et la qualité des aliments, des produits pharmaceutiques et de l'eau . Assurer le respect des réglementations environnementales et autres. 1 - Analyse quantitative • L’étude quantitative peut être utilisée par des professionnels, ou bien des étudiants dans le cadre d’un mémoire ou d’une thèse de doctorat. • Pour réaliser une étude quantitative et obtenir des résultats exploitables, il est important de suivre certaines étapes. - Définir une problématique. - Choisir une méthode de collecte de données. - Délimiter un échantillon. - Préparer les questions et les options de réponses. - Diffuser votre étude quantitative ... 2 - Chromatographie • La chromatographie est une technique permettant de séparer plusieurs constituants d'un mélange en les faisant migrer, sur une phase immobile, par une phase liquide ou gazeuse. • Le principe repose sur les équilibres de concentration des composés présents entre deux phases non miscibles dont l'une dite stationnaire est emprisonnée dans une colonne, ou fixée sur un support, et l'autre dite mobile qui se déplace au contact de la première. • La chromatographie en phase liquide à haute performance (HPLC) est une vaste technique de chimie analytique utilisée pour séparer les composés d'un mélange chimique. Ces séparations utilisent l'écoulement sous pression d'une phase mobile à travers une colonne remplie d'une phase stationnaire. 3 - Spectroscopies • La spectroscopie infrarouge, ou IR, est une technique d'analyse chimique qui utilise l'interaction entre la lumière infrarouge et la matière. La lumière infrarouge fait partie du spectre électromagnétique entre le Visible et les Micro-ondes, avec des longueurs d'onde allant de 780 nm à 1 mm.. • Deux autres techniques de spectroscopie de rayons X sont couramment utilisées aujourd'hui : la spectroscopie de rayons X dispersifs en longueur d'onde (WDXS) et la spectroscopie de rayons X dispersifs en énergie (EDXS). • L'échantillon à analyser est traversé par un rayonnement lumineux de longueur d'onde allant de 100-800 nm. Les photons issus du rayonnement transfèrent aux composés analysés une énergie qui excite les molécules, atomes ou ions traversés. Ainsi une partie du rayonnement incident est absorbé.8 mars 2018
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Cette discipline qui lie chimie et biologie implique d'une part l'analyse et la caractérisation des propriétés des biomolécules et d'autre part la conception et l'application de molécules à l'étude et la manipulation des systèmes biologiques. Sur Terre la vie utilise la chimie du carbone : sucre, protéine, lipide…, tous les constituants biologiques terrestres sont à base de carbone, associé avec H, O et N. Et la vie terrestre utilise l'eau comme solvant : un corps humain par exemple, c'est 3/4 d'eau en poids. Cette science a révolutionné la fabrication des médicaments, des vêtements, des cosmétiques, mais aussi la diffusion de l'énergie et la production d'appareils technologiques. Omniprésente dans notre vie quotidienne, il est essentiel de mieux la connaître, pour mieux l'utiliser. Alors que la Terre est composée de fer (Fe), silicium (Si), oxygène (O) et magnésium (Mg), tous les êtres vivants sont composés principalement de carbone (C), d'hydrogène (H), d'oxygène (O) et d'azote (N). Les éléments carbone, hydrogène, azote, oxygène, soufre et phosphore sont les éléments constitutifs essentiels des substances chimiques présentes dans les êtres vivants. Le monde vivant se caractérise dans sa composition par la présence de molécules organiques. Il est constitué majoritairement par quatre atomes qui sont le carbone (C), l'hydrogène (H), l'oxygène (O) et l'azote (N). La cellule constitue l'unité du vivant, et il existe différents types cellulaires dans le monde vivant. (Les êtres vivants se caractérisent par leur capacité à absorber de la nourriture pour créer de l'énergie, à respirer, à produire des déchets, à se reproduire et à avoir une progéniture, à croître et à changer, et à réagir aux changements de leur environnement.) L'éducateur consigne ces caractéristiques dans la liste. Pour aller plus loin. La matière organique est la matière "organisée" par le phénomène du vivant à partir des éléments minéraux (en majorité du gaz carbonique et de l'eau). On en retrouve dans les êtres vivants (végétaux et animaux) et dans le sol.
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La chimie minérale ou inorganique quant à elle est une branche de la chimie qui étudie les éléments chimiques et leurs composés inorganiques. C'est-à-dire les substances qui ne contiennent pas de carbone-hydrogène (comme les minéraux, les métaux, les sels, les acides, les bases, etc.). Les produits inorganiques sont des éléments et composés, incluant le monoxyde de carbone, le dioxyde de carbone, les carbonates, les cyanures, les cyanates, et les carbures, qui ne contiennent pas de lien carbone-hydrogène. Ce groupe comprend aussi les allotropes de carbone comme le graphite et le graphène. 1 - Chimie de coordination • COORDINATION (chimie) Composés de coordination. Un composé de coordination est une entité chimique constituée d'un atome central et d'un ou plusieurs coordinats, ou ligands, éventuellement en nombre supérieur à celui qui résulterait de la valence ou du degré d'oxydation usuel de l'atome central. 2 - Chimie des solutions • La chimie des solutions englobe un grand nombre de thèmes dont l'intérêt est le plus souvent le dosage d'un composé en milieu liquide. On s'intéressera dans le cadre de ce cours uniquement aux solutions aqueuses. • Les méthodes classiques de dosages employées dans cette branche de la chimie sont la pH-métrie, l'oxydoréduction et la conductimétrie, thèmes fréquemment posés à l'occasion des épreuves de concours ou de baccalauréat. • Ces techniques de dosage ont l'avantage d'être faciles et rapides à mettre en oeuvre. Le matériel nécessaire à leur réalisation étant d'un point de vu économique abordable. Outre l'aspect pédagogique, elles sont couramment employées dans l'industrie pour des contrôles de routine tel que la vérification de la concentration d'un bain de traitement de surface. 3 - Chimie supramoléculaire • Au-delà de la chimie moléculaire, fondée sur la liaison covalente, s'étend la chimie supramoléculaire, fondée sur les interactions moléculaires – les associations de deux ou plusieurs espèces chimiques et la liaison intermoléculaire. • Les interactions moléculaires sont à la base des processus hautement spécifiques qui se rencontrent en biologie, tels que la fixation d'un substrat sur une enzyme ou un récepteur, l'assemblage de complexes protéiques, la lecture intermoléculaire du code génétique, l'induction d'un signal par des neurotransmetteurs et la reconnaissance cellulaire. La manipulation correcte des caractéristiques énergétiques et stéréochimiques des forces non covalentes intermoléculaires (forces électrostatiques, liaisons hydrogène, forces de Van der Waals, etc.), à l'intérieur d'une architecture moléculaire déterminée, devrait permettre de concevoir des molécules réceptrices artificielles capables de fixer un substrat fortement et sélectivement pour former des entités supramoléculaires, appelées supermolécules, de structure et fonction parfaitement définies. On pourrait dire que les supermolécules sont aux molécules et à la liaison intermoléculaire ce que les molécules sont aux atomes et à la liaison covalente.
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La chimie organique est un domaine de la chimie qui est consacré à l’étude des molécules contenant du carbone, celle-ci pouvant concerner leurs structures, leurs propriétés, leurs compositions ainsi que leurs réactions et leurs modes de préparation. Elle représente la base de la biochimie qui porte sur l'étude des molécules d'origine naturelle et de leurs interactions. Elle donne lieu à de nombreuses applications dans le monde industriel (industries des matériaux, des colorants, des médicaments...etc), ce qui lui confère un rôle économique de premier plan. 1 - Catalyse • Une catalyse est un processus chimique qui consiste en l'accélération cinétique d'une réaction chimique grâce à une substance appelée catalyseur, qui ne subit pas de transformation et qui agit très rapidement à faible concentration. Une substance qui inactive la catalyse est un inhibiteur. Dans les cellules, les biocatalyseurs sont les enzymes. • Une caractéristique importante est que la masse du catalyseur ne change pas au cours de la réaction chimique, ce qui différencie le catalyseur d'un réactif dont la masse diminue au long de la réaction, qu'elle soit homogène ou hétérogène. 2 - Chimie pharmaceutique • La chimie médicinale est une pratique courante dans la recherche et le développement pharmaceutique. Il décrit les étapes du processus depuis la définition de la cible, la découverte et l'évaluation des premières études liées au métabolisme, à la pharmacocinétique et à la toxicologie. • L'accent est mis sur la découverte de nouveaux médicaments, principalement basés sur de petites molécules organiques. Ceux-ci peuvent être le résultat d’une synthèse organo-chimique classique, à partir de produits naturels ou de la chimie computationnelle en combinaison avec la biologie chimique, l’enzymologie et la biologie structurale. 3 - Méthodes et outils • Un fragment organométallique formant, avec une partie insaturée d'un hydrocarbure, un complexe robuste à 18 électrons, le métal de ce fragment protège efficacement la partie complexée, rendant possible des réactions ultérieures sur d'autres parties de la molécule qui n'auraient pas été sélectives sans la protection. Ainsi les oléfines sont protégées par le fragment à 16 électrons FeCp(CO), souvent abrégé Fp+ et généré par réaction de l’oléfine à protéger avec le complexe labile Fp(isobutylène). Les diènes sont protégés par le fragment à 14 électrons Fe(CO) et les alcynes par le fragment Co2(CO) dans lequel chaque cobalt a 16 électrons (chacune des deux orbitales π perpendiculaires de l'alcyne sert de ligand L pour l'un des deux atomes de cobalt, de sorte que l'entité Co2C2 est un tétraèdre dans lequel chaque Co a 18 électrons de valence). 4 - Synthèse et rétrosynthèse • Le développement de stratégies de synthèse se fait en général par une analyse rétro synthétique de la molécule-cible : la molécule cible est la molécule que l’on cherche à synthétiser. • Une rétro synthèse, il s’agit d’imaginer des déconnexions du squelette de la molécule cible pour « la simplifier », conduisant à des intermédiaires-clés appelés synthons. L’agencement de ces synthons, lors de la synthèse, se fera par transformations de groupements fonctionnels et la création de nouveaux liens. Ainsi, dans une analyse rétrosynthétique, on fera généralement des déconnexions autour des groupements fonctionnels.
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La chimie physique est l’étude des bases physiques des systèmes chimiques et des procédés. En particulier, la description énergétique des diverses transformations fait partie de la chimie physique. On y trouve des disciplines importantes comme la thermodynamique chimique (avec la thermochimie), la cinétique chimique, la mécanique statistique, la spectroscopie et l’électrochimie. La Chimie Physique consiste à étudier la structure, les propriétés et les transformations de la matière en associant à l’analyse des comportements macroscopiques une description des mécanismes moléculaires. La Chimie Physique étudie les propriétés des atomes, molécules, assemblages moléculaires, macromolécules, nanostructures sous différentes phases (gazeuse, liquide et solide) et à leurs interfaces. Elle a également pour ambition de développer des modèles prédictifs. La Chimie Physique rassemble donc des disciplines telles que la chimie analytique, l’électrochimie, la chimie théorique, la thermodynamique, la radiochimie, la spectroscopie et la photochimie. C’est également une discipline à l’interface avec la physique, la biologie, les géosciences et les nanosciences. 1 - Chimie quantique – modélisation • La modélisation moléculaire consiste à construire des modèles des molécules ou d'ensemble de molécules, dans le but de mieux en comprendre la structure et les autres propriétés physico-chimiques. • À la base, les méthodes de la chimie quantique, fondées sur les principes de la mécanique quantique, visent généralement la détermination de la fonction d'onde du système polyélectronique considéré, atome ou molécule, en résolvant l'équation de Schrödinger [2] correspondante. énergie de l'état stationnaire. 2 - Cinétique chimique • Cette méthode repose sur l'idée que les concentrations des intermédiaires de réaction sont inférieures aux concentrations des réactifs ou des produits, donc que la vitesse de changement de ces concentrations est négligeable devant les vitesses de changement correspondantes pour les réactifs et les produits. • La cinétique chimique fournit une mesure quantitative ou qualitative de la vitesse des réactions ; elle donne un aperçu de la dépendance de ces vitesses par rapport à des variables telles que la concentration, la température, la pression, la présence de catalyseurs, l'état physique des réactifs, etc. Étant donné que les réactions chimiques dépendent de la concentration des molécules de réactif et des conditions qui permettent leur capacité fonctionnelle, il est essentiel de comprendre l'effet des variables sur ces interactions pour contrôler la réaction et obtenir le résultat souhaité. 3 - Electrochimie • Science et technique des transformations réciproques de l'énergie chimique et de l'énergie électrique. • L'électrochimie est l'étude des processus chimiques qui provoquent le déplacement des électrons . Ce mouvement d'électrons est appelé électricité, et peut être généré par les mouvements d'électrons d'un élément à un autre dans une réaction appelée réaction d'oxydoréduction (« redox »). 4 - Photochimie • La photochimie est définie comme l'étude scientifique des réactions chimiques induites par les rayonnements, en particulier les photons, qui conduisent à la formation de fragments, de radicaux et de photoproduits en surmontant les barrières d'activation de la matière. • Réaction photochimique, réaction chimique initiée par l'absorption d'énergie sous forme de lumière . L'absorption de lumière par les molécules a pour conséquence la création d'états excités transitoires dont les propriétés chimiques et physiques diffèrent grandement de celles des molécules d'origine. 5 - Thermodynamique chimique • La thermodynamique correspond à une branche de la physique qui étudie le comportement thermique des corps, plus exactement les mouvements de chaleur. De façon plus générale, la thermodynamique s'intéresse à l'étude de l'énergie (en particulier l'énergie interne) et de ses transformations. • La chimie se pose également la question des mouvements de chaleur. En effet, le plus souvent, les réactions chimiques sont le siège d'échanges de chaleur -- ou d'autres formes d'énergie. Ainsi, la thermodynamique chimique s'intéresse à l'évolution des réactions chimiques.
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La chimie des matériaux est une science nouvelle et hautement interdisciplinaire qui implique l’utilisation de la chimie pour la création, la caractérisation et l’application de matériaux possédant des caractéristiques physiques ou chimiques intéressantes ou potentiellement utiles. Combinant sciences naturelles et ingénierie, cette discipline permet de concevoir des matériaux dont les propriétés sont adaptées à des utilisations ciblées. Pour améliorer des matériaux ou en créer de nouveaux, il faut comprendre ce qui se passe dans le monde de l'infiniment petit. Les matériaux organiques qui sont issus d'êtres vivants, plantes ou animaux (bois, coton, papier…) Les matériaux minéraux ou inorganiques : roche, céramique, verre. Les matériaux plastiques, qui, en général proviennent de combustibles dits fossiles se trouvant dans le sol, comme le pétrole par exemple. Il existe 4 familles de matériaux : les matériaux métalliques, les matériaux minéraux, les matériaux organiques et les matériaux composites. Les métaux sont obtenus à partir de minerais souvent piégés dans la roche. Ils sont souvent lourds, bons conducteurs électriques et résistants aux chocs. Un matériau est une substance créée à partir de matière première afin de produire un objet technique. Par exemple, le bois, la céramique et le plastique sont des matériaux. Le matériel constitue l'ensemble d'outils qui seront utilisés pour produire un objet technique.
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