Pour les complexes de type salen

TP-Projet : Synthèse et détermination de quelques caractéristiques physicochimiques de
complexes de Métaux de Transition I/ But et intérêt du TP Les complexes de métaux de transition sont des structures mettant en jeu
un métal de transition au c?ur d'un édifice géométrique appelé « sphère de
coordination », impliquant un ou plusieurs ligand(s) organique(s). Du fait
de cette structure particulière, les porphyrines présentent des propriétés
électroniques et spectroscopiques uniques, et forment par ailleurs avec
une grande variété de métaux de transition des complexes stables. De tels
complexes sont présents dans de nombreuses fonctions du métabolisme du
vivant où leurs propriétés redox et spectroscopiques sont abondamment mises
à profit au sein de divers systèmes enzymatiques, notamment.[1] Pour ce qui est de la chimie expérimentale, la chimie de coordination des
métaux de transition doit beaucoup à Alfred Werner, dont les travaux ont
grandement contribué à la compréhension des mécanismes dictant la formation
de ces complexes, et des paramètres influant sur leur géométrie. Depuis,
les outils de synthèse de ces complexes n'a cessé de se développer, et
ces structures synthétiques ont été mises à contribution dans des
applications aussi diverses que le biomédical,[2] la catalyse,[3] la
chimie supramoléculaire,[4] l'électronique et l'optoélectronique
moléculaires.[5] Le but de ce TP-projet est la synthèse d'un (ou plusieurs) ligand de type
porphyrine ou salen (1,2-bis(salicylideneamino)ethane]) (Figure 1), leur
utilisation dans la réalisation de complexes de métaux de transition, et la
détermination au travers de quelques expériences choisies par le étudiants,
de l'influence de paramètres structuraux de ces complexes (nature des
groupements R, nature du métal complexé au centre de la porphyrine ou du
salen, nature du solvant, etc..) sur ses propriétés physico-chimiques. [pic] Figure 1.Structures générales des Métallo-porphyrine (gauche) et Métallo-
salen (droite) Au cours de ces deux séances de huit heures, les étudiants, par binôme,
pourront- dans la limite des réactifs chimiques à disposition (cf document
an annexe) et des méthodes de caractérisation physicochimique disponibles
dans les salles d'enseignement, ou facilement accessibles dans les
départements de recherche (IR, UV-Vis, Balance de Gouy, CPV, RMN, Volta-
ampérométrie ...)- mettre en ?uvre l'ensemble des synthèses organiques,
coordinations à des métaux de transition, analyses spectroscopiques ou
tests en catalyse, etc...
II/ Déroulement a/ Travail préalable Il est souhaitable que les étudiants mènent, en amont du TP, un travail de
préparation approfondi visant à : 1/ appréhender les grandes lignes de la biblio existant sur les porphyrines
ou les salens : méthodes de synthèse, diverses utilisations reportées 2/Mettre au point une stratégie d'étude : que voulons nous étudier ?
Comment comptons-nous nous y prendre ? Comment cette étude peut elle
s'insérer dans le temps imparti ? De quelle manière se distribueront les
rôles entre les différents expérimentateurs ? La préparation se déroulera par groupe de quatre étudiants. En d'autres
termes, deux binômes seront réunis, et travailleront à l'élaboration du
même projet. Les objectifs seront définis conjointement, mais les étudiants
travailleront néanmoins par binômes à la paillasse Pour s'aider, dans ce travail préparatoire, ils pourront se référer aux
encadrants, sous forme d'une séance de tutorat. Un représentant sera
désigné pour chaque groupe qui communiquera à chacun des deux enseignants
référents [Belén Albela (belen.albala@ens-lyon.fr) et Cyrille Monnereau
(cyrille.monnereau@ens-lyon.fr)] une première ébauche de plan de travail
ainsi que des créneaux possibles pour une réunion. Les enseignants
s'organiseront alors pour se mettre à la disposition des étudiants dans la
mesure de leurs possibilités. b/ Travail expérimental Les étudiants disposeront de deux séances de huit heures, au cours
desquelles ils devront, en gérant leur temps comme ils l'entendent, mettre
en place les diverses manipulations nécessaires à leur étude. La
répartition du travail au sein du groupe constitué des deux
expérimentateurs sera uniquement du ressort de ces derniers. Le seul point véritablement imposé tiendra au fait que les expériences
menées mettent impérativement en jeu les disciplines suivantes : -Synthèse organique -Chimie de coordination -Méthodes spectroscopiques
c/ Compte rendu Il sera rédigé à la manière d'un rapport de recherche, c'est-à-dire qu'il
devra intégrer les sous-parties suivantes : -Introduction : Exposant brièvement le contexte de la recherche dans
laquelle s'inscrit le travail mené, expliquant le but de ce travail, et
résumant la méthode de travail suivie pour atteindre ce but -Une partie exposant les résultats expérimentaux : Expliquant d'une part
les méthodes de synthèse des différents ligands / complexes, ainsi que
leurs principales caractérisations, et d'autre part les informations
collectée dans le cadre du projet : quels résultats les expériences menées
ont-elles donnés, que peut on déduire / supposer de ces résultats, quelles
conséquences sur les propriétés des complexes étudiés , etc. -Une partie Conclusions : rappelant le but fixé et les hypothèses émises
pour ce travail, faisant un bilan de l'ensemble des résultats obtenus,
expliquant comment ces résultats confirment (ou infirment) ces hypothèses,
faisant une analyse critique du travail effectué (quelles sont les limites
des conclusions obtenues par ces expériences, est ce que d'autres
interprétations des résultats que celles formulées sont possibles, est-il
possible d'envisager d'autres expériences qui permettraient de préciser les
points flous..) d/ Oral de présentation Un examen oral de présentation du projet et de ses résultats sera organisé
au plus tard mi-décembre (date exacte à définir). Chaque binôme aura 10
minutes (5 minutes par membre du binôme, l'un pouvant par exemple exposer
la synthèse, l'autre les caractérisations physicochimiques) pour exposer
son projet et les résultats obtenus, avec le plus de pédagogie, rigueur et
clarté possibles. Suivront 5 minutes de question. Deux séances auront lieu, chacune faisant intervenir un des deux binômes
ayant travaillé sur un projet donné. Les binômes intervenant dans une
séance seront tenus d'assister aux autres présentations de cette séance, ce
qui permettra à chacun de prendre connaissance de l'ensemble des travaux
entrepris durant les séances dédiées au projet
e/ Critères d'évaluation En plus des critères inhérents à toute séance de TP (soin avec lequel sont
menées les expériences, implication personnelle des étudiants, propreté de
l'environnement de travail et de la vaisselle), des critères
supplémentaires rentreront-en compte. Nous serons particulièrement attentifs à la qualité de préparation de ce
travail : il est nécessaire d'avoir acquis une connaissance bibliographique
« de base » sur le sujet, d'avoir bien défini le projet et établi un plan
de travail précis, avec une claire répartition des tâches entre les
différents expérimentateurs. Les besoins en réactifs chimiques/ solvants
doivent être clairement listés et transmis au personnel technique. Au niveau du projet, plusieurs points seront pris en compte : nous serons
en particulier sensibles à la pertinence des expériences choisies (comment
elles peuvent permettre d'apporter une réponse au problème posé).
L'originalité de l'étude proposée sera également un critère d'appréciation,
ainsi naturellement que sa difficulté (il va de soi que nous n'évaluerons
pas de la même manière un travail se limitant à une synthèse de ligand, une
complexation, et une analyse spectroscopique basique, et un travail
impliquant plusieurs synthèses et une étude plus « ambitieuse ». De même la
reproduction basique et littérale d'expériences décrites dans la
littérature, sans apport personnel de l'étudiant, n'est pas souhaitée). Au niveau de l'interprétation des résultats, l'adéquation entre le but
initial du projet et les résultats expérimentaux sera un critère
d'évaluation, mais ne sera pas le seul : il est évidemment presque
impossible sur deux jours d'expériences, de recueillir assez de données
pour véritablement établir un modèle solide : nous serons donc tout
particulièrement intéressés par la distanciation critique dont les
étudiants feront preuve vis-à-vis de leurs résultats, des limites qu'ils
peuvent donner à leur interprétation et des pistes qu'ils suggèreront
(expériences supplémentaires à mener) pour permettre d'affiner cette
dernière. En d'autres termes, ce qui est absent du travail mené au cours de
ces deux séances mais est clairement abordé dans le rapport, est aussi
important que ce qui est présent, et les suppositions, si elles sont
étayées de suggestions d'expériences qui permettraient de les vérifier,
seront tout autant prises en compte que les conclusions basées sur les
résultats expérimentaux obtenus.
f/ Barême Ce TP projet remplacera le traditionnel TP d'examen qui avait auparavant
lieu en fin de semestre, et comptait pour les trois quarts de la note
finale. Nous avons décidé que le projet compterait pour la moitié de cette
note finale (l'autre moitié étant consacrée à l'évaluation sur les séances
de TP « normales » et sur les comptes-rendus de ces TP.
III/ Quelques pistes Les propriétés des complexes de métaux de transitio