Pré-rentrée : UE1 PACES Atomes, biomolécules, génome, bioénergétique, métabolisme

Pré-rentrée : UE1 PACES

Atomes, biomolécules, génome, bioénergétique, métabolisme

10 crédits ECTS Premier semestre

Concours : QCM

(avant les vacances de Noël)

Ensemble de cours & travaux dirigés (TD) Chimie physique (générale)

Chimie organique I , Chimie organique II Biochimie (cf cours suivant)

F.-Y. Dupradeau

Pré-rentrée : quelques conseils pratiques

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Allez en cours et en Travaux Dirigés (TD) – soyez actifs en cours/TD !

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Suivez le tutorat

Tuteurs (étudiants encadrés par enseignants) Concours blanc (site internet)

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Écoutez les enseignants

Achetez une boite de modèle moléculaire (chimie organique I), livres, Internet...

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Travaillez régulièrement et dès la rentrée

2 heures de cours = 2 heures de travail personnel supplémentaire minimum Prendre des notes – Ecrire pour mémoriser, lire un cours ne suffit pas...

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Commentaire : UPJV vs PCPM

UPJV : gratuit et 'nous' organisons le concours PCPM : payant…

UPJV (i) cours magistraux, (ii) TD puis (iii) tutorat + PCPM...

Pré-rentrée : programme de la chimie de l'UE1

Chimie : Chimie physique → Chimie organique

– Atomistique, orbitales OA OM, hybridations,

– Thermodynamique,

– Équilibres et acides-bases,

– Isomérie, effets électroniques,

– Chiralité et biomolécules,

– Mécanisme réactionnels,

– Principales fonctions organiques,

– Réactions de chimie organique.

Programme de l'UE1

Chimie → Biochimie

40 % - 60 %

20 + 30 = 50 questions au concours

Le thalidomide était un médicament utilisé durant les années 1950 - 1960 comme anti-nauséeux chez les femmes enceintes.

https://fr.wikipedia.org/wiki/Thalidomide

Thalidomide

Isomères du thalidomide : Carbone asymétrique, Stéréoisomère, Enantiomères, Images dans un miroir ???

Chiralité : Molécule chirale ou a-chirale ???

Effet tératogène Malformations foetales

Beaucoup de notions théoriques à définir et à maitriser : du plus simple au plus difficile...

60 ans plus tard : le scandale du thalidomide

http://www.jeanduperrex.ch/Site/Tetravalence_carbone.html

Informations extraites du Web

Géométrie « tétraèdrique » - géométrie « trigonale » - géométrie « digonale » plane linéaire

C C

H

H H

H

C C H

H

https://en.wikipedia.org/wiki/Methane

https://en.wikipedia.org/wiki/Ethylene (Ethène) https://en.wikipedia.org/wiki/Acetylene (Ethyne)

https://www.ilemaths.net/sujet-geometrie-dans-l-espace-avec-une-molecule-de-methane-528967.html Un tétraèdre

(4 faces triangulaires)

C H H

H

H C

H H H

H

Orbitales atomiques (OA) - moléculaires (OM)

OA et OM sont des espaces définis où l'on a une probabilité de ~90 % de trouver 1 (ou 2) électron(s)

Notion d'hybridation en relation avec la géométrie des molécules

Géométrie tétraèdrique Géométrie trigonale Géométrie digonale (3 dimensions) (2 dimensions) (1 dimension)

H

H

H H

C C H C C H

C H

H H

H C C

H

H H

H H C C H

C H

H H

H

Wikipedia Wikipedia

Wikipedia

Isomérie, Stéréoisomérie

Deux molécules de même formule brute et non-superposables sont des isomères.

Stéréochimie : représenter les molécules (3 dimensions) sur 2 dimensions avec à l'aide de conventions (représentations de Newman, Fischer et Cram).

Isomères de constitution vs stéréoisomères

-I- Isomères de constitution : enchaînement différent d'atomes Ex : alcool vs éther oxyde

CH₃-O-CH₂-CH₃ CH₃-CH₂-CH₂-OH

Methoxyéthane Propan-1-ol

-II- Stéréoisomères : même enchaînement d'atomes (positions différentes dans l'espace) - Conformation vs configuration

- Atome de carbone asymétrique : C * : « R » vs « S » - Double liaison : « Z » vs « E »

- Substitution de cycle : « Cis » vs « Trans »

Cl Cl

Et Me Cl

Cl Me

Et

(1)

(2)

(1)

(2)

(1)

(2) (1)

(2)

Inversion de configuration : Z E  ? Changement de conformation : rotation (de 180°)

(1) (2)

(3)

(1)

(2) (3)

* *

Me

Et H

OH H Et

HO

Me

(4) (4)

Inversion de configuration : C* : R S  ? miroir

Me

HH

Me

HH

Me

H H

Me

H H

Me

Cl Me

Et

HO Et HO

Me

représentation de Newman

équilibre

ETHANE BUTANE

représentation de Cram

H H

H

H H

H H

H H

H H

H

équilibre

Chiralité et biologie (biochimie)

Beaucoup de molécules biologiques (biomolécules : acides aminés, acides nucléiques, lipides, sucres...) sont chirales.

Une molécule chirale est non-superposable à son image dans un miroir.

miroir

CHO

H OH

H OH

CH₂OH

*

*

CHO

HO H

HO H

CH₂OH

*

*

HO H

HO H

H OH

H OH

CHO CHO

CHO CHO

*

* *

*

C C C

H

Me Me

H

Chirale non-chirale

Me

Et H

OH

* * * * *

H

Me H

H

Chirale ? Oui  Non  Oui  Non Oui

représentation de Fischer

miroir miroir

Equilibre, constante d'équilibre Acide selon Brönsted

Un acide selon Brönsted est un donneur de proton (H⁺ vs H₃O⁺)

(c.a.d. un hydrogène ayant perdu son électron)

AX-H + H₂O AX + H₃O

Ka = pKa = - log Ka

+ le pKa d'un acide est petit + l'acide est fort.

(+ le pKb d'une base est petit + la base est forte)

Un acide est défini dans l'eau

+ un acide est fort + il se dissocie dans l'eau c.a.d. + l'équilibre ci-dessus est déplacé vers la droite Le pKa est originellement défini dans la gamme de pH allant de 0 à 14.

En chimie organique, des valeurs de pKa < 0 et > 14 sont régulièrement définies.

(par extension des pH définis dans l'eau)

[AX ] [H₃O ] [AX-H]

Rappel

Couple acide / base conjuguée H₃O / H₂O

acide fort / base faible

H₂O / OH

acide faible / base forte

Mécanismes réactionnels

●

Notions de substitution nucléophile et d'élimination

●

Substitution effectuée avec un nucléophile

●

Élimination effectuée avec une base

●

Notions d'ordre de réaction 1 ou 2 (loi cinétique)

●

Définition d'un nucléophile vs un électrophile

●

d'une base (selon Brönsted) par rapport à un acide

●

d'une base par rapport à un nucléophile

CH₃Cl + OH CH₃OH + Cl

C H

H C Cl

H

H H

C C

H

H H

H

HO + + H₂O + Cl

SN₁ SN₂ E₁ E₂

?

Conservation des charges et des atomes dans les équations chimiques !

Fonctions organiques et groupements fonctionnels

Alcane Halogénoalcane Alcène Alcyne Dérivés oxygénés et aminés

Alcool Etheroxyde Amine Dérivés carbonylés

R, R' : hydrogène, carbone ou chaîne carbonée X : halogène (F, Cl, Br ou I)

Aldéhyde Cétone

Acide carboxylique et dérivés

Acide carboxylique Ester Halogénure d'acide Amide Anhydride d'acide

R H

H H C

C H R

H O

H R' H C

R C OH

H

H

R H

H X

C C C

R

H R'

H

C C

R R'

R H

O C

R O C R

R C O

O C R' O R C NH₂

R'

H

R OH

O

C R OR'

O

C R X

O

C R NH₂

O C

Grands types de réactions chimiques

● Substitution nucléophile (1 ou 2) et élimination (1 ou 2)

● Substitution nucléophile vs substitution électrophile

● Addition nucléophile vs addition électrophile

● Oxydation vs réduction (perte vs gain de 2 protons + 2 électrons)

● Réductions : chimique, enzymatique, catalytique

● Obtention d'une classe de composés

● Utilisation d'une classe de composés

Alcène → Alcools → Acides carboxyliques Cétones → Alcools → Cétones

Alcools

Aldéhydes Cétones

Acides carboxyliques

Alcènes Alcanes

Halogénoalcanes 6

Principales transformations entre

quelques fonctions organiques importantes

1 2

3 4 5 6

3 4 7 8

9 8 9

8 9

1 : Halogénation

(Réaction radicalaire) 2 : Réduction catalytique 3 : Halogénation ionique (Addition électrophile) 4 : Elimination

5 : Hydratation

(Addition électrophile) 6 : Déshydratation

(Elimination)

7 : Substitution nucléophile 8 : Réduction

9 : Oxydation

Alcools Iaires Aldéhydes Acides carboxyliques Alcools IIaires Cétones

Alcools III^aires

8/9 8/9

CH₃CH₂OH CHOH

CH₃

CH₃COH CH₃ CH₃ CH₃

8/9

Prochain cours pré-rentrée UE1

Biochimie

Dr. R. Mentaverri

Cet après midi...