Topic outline

  • General

  • Programme du module Analyse physicochimique MCHPH12

    I. Informations sur le Cours

    •  Semestre : 2
    • UEM20(O/P)
    • Intitulé du Master : Chimie Pharmaceutique
    • Spécialité : Chimie
    • UEM20(O/P)
    • CODE DU MODULE: MCHPH12

    •  Unité d'Enseignement (UE) : Méthodologie
    •  Matière : MCHPH12
    • Faculté : des Sciences Exactes et Sciences de la Nature et de la vie
    • Département : des Sciences de la Matière
    • Public cible : Master : Sciences de la Matière- Filière Chimie Pharmaceutique
    • Intitulé du cours : Analyse physicochimique et instrumentation
    • Mode d’évaluation : Continu 0,25% ; Examen 0,75%
    • Crédit : 04
    • Coefficient : 04
    • Durée : 14-16 semaines
    • Horaire : 03,00 H (Cours +TD)
    • Salle : D 11 ; D17
    • Enseignante : HDR. Hanène ZATER
    • Contact : zater.hanene@univ-oeb.dz

    • Connaissances préalables  recommandées

    Une formation préalable en chimie pharmaceutique ou en chimie organique (niveau Licence) est fortement recommandée pour suivre cet enseignement.

    Contenu de la matière

    Techniques instrumentales d’analyse spectrales

    I. Spectrométrie de masse

    • INTRODUCTION

    -Généralités.

    -Masses atomiques et moléculaires, motifs isotopiques.

    •INSTRUMENTATION

    -Bloc diagramme d'un spectromètre

    -Génération de fréquence

    -L'émetteur, durée d'impulsion, puissance et phase de l'émetteur, coupleur directionnel.

    -La sonde. Accord, adaptation, facteur de qualité.

    Analyse qualitative et quantitative par spectrométries d’absorption et d’émission,en particulier greffage de groupements chromophores et fluorophores et domaines d’application IR UV Vis Spectrométrie de masse (fragmentations préférentielles, réarrangements, sources d’ionisation, analyseurs, spectrométrie de masse tandem).

    Fragmentation des principales fonctions organiques.

    Ruptures & réarrangement

    1. Les hydrocarbures aliphatiques et cycliques : saturés et insaturés (Les alcanes, les

    alcènes, les alcynes, les alcanes cycliques , les alcènes cycliques….etc);

    2. Les composés halogènes;

    3. Les hydrocarbures (composés) aromatiques Benzène, Toluène …

    4. Les composés oxygénés

    5. Les alcools;

    6. Les éthers primaires, secondaires et tertiaires;

    7. Les carbonyles: Cétones aliphatiques et cycliques & aldéhydes;

    8. Les acides carboxyliques;

    9. Les esters carboxyliques;

    10. Les composés azotés

    11. Les amines primaires, secondaires et tertiaires;

    12. Les amides;

    13. Les nitriles… ;

    Résonance Magnétique Nucléaire

    • RMN IMPULSIONNELLE : VISION VECTORIELLE

    - Energie Zeemann

    - Effet d'une impulsion sur un ensemble de spins.

    - Le signal RMN.

    - RMN du proton RMN 1H

    - Le déplacement chimique

    - Le couplage

    - RMN -13C

    - RMN -2D

    • SMIE ET RMN.jpg
    • Cours 1 Techniques instrumentales d’analyse spectrales HDR ZATER MOODLE File

      • Je propose un enseignement rigoureux et structuré axé sur l’acquisition de compétences avancées en techniques instrumentales d’analyse spectrale. 
      • Le cours "Techniques Instrumentales d’Analyse Spectrale " explore les principes fondamentaux des méthodes spectrales, le fonctionnement des instruments et leurs applications en recherche scientifique. À travers une approche combinant théorie et pratique, les étudiants développent une maîtrise approfondie des outils analytiques essentiels pour des analyses spectrales précises et fiables.


  • Topic 2

    • Résumé du Cours : Spectrométrie de Masse – Principes et Applications File

      Ce cours offre une introduction approfondie à la spectrométrie de masse (SM), une technique analytique essentielle en chimie pharmaceutique et analytique. Il couvre les principes fondamentaux, l’instrumentation et les applications pratiques.

      Points Clés :

      ✅ Principes de la spectrométrie de masse : ionisation des molécules, séparation des ions selon leur rapport masse/charge (m/z) et détection pour identification.
      ✅ Masses atomiques et isotopiques : rôle des isotopes dans l’analyse des spectres de masse.
      ✅ Instrumentation :

      • Sources d’ionisation : Impact électronique (EI), Électrospray (ESI), MALDI.

      • Analyseurs de masse : Quadripôle (MS/MS), TOF, ICR.
        ✅ Applications en chimie pharmaceutique : analyse de pureté, identification des métabolites, caractérisation des protéines et développement de formulations.

      Public Cible :

      Étudiants, chercheurs et professionnels en chimie, pharmacie et biotechnologie.

      Méthodologie :

      Cours théorique, études de cas et ressources bibliographiques actualisées.

      📌 Objectif : Acquérir une expertise sur l’analyse spectrale par spectrométrie de masse et son application en recherche et industrie.


  • Topic 3

    • Cours 2 : Les Techniques de Spectrométrie en Chimie Pharmaceutique File

      Cours 2 : Les Techniques de Spectrométrie en Chimie Pharmaceutique
      Objectifs du cours
      Ce cours vise à fournir aux étudiants de Master en chimie pharmaceutique une compréhension approfondie des principales techniques spectrométriques utilisées pour l’analyse qualitative et quantitative des molécules. Il met l’accent sur les spectrométries d’absorption et d’émission ainsi que sur la spectrométrie de masse, en abordant leurs principes fondamentaux, leurs méthodes d’application et leurs domaines d’utilisation.
      1. Introduction aux Techniques Spectrométriques
      Les méthodes spectrométriques jouent un rôle clé dans l’identification et la quantification des substances chimiques, notamment en chimie pharmaceutique. Elles reposent sur l’interaction de la lumière avec la matière et permettent d’obtenir des informations sur la structure et la concentration des molécules. Parmi ces techniques, on retrouve :
      • La spectrométrie d’absorption (UV-Vis, infrarouge).
      • La spectrométrie d’émission (fluorescence, phosphorescence).
      • La spectrométrie de masse (analyse des fragments moléculaires).
      2. Spectrométrie d’Absorption et d’Émission
      2.1. Analyse Qualitative
      L’analyse qualitative en spectrométrie repose sur la capacité des molécules à absorber ou émettre des radiations électromagnétiques spécifiques. Cette interaction permet d’identifier les composés chimiques et leurs structures.
      • Spectrométrie d’absorption : Évaluation des longueurs d’onde absorbées par un échantillon en fonction de sa composition moléculaire.
      • Spectrométrie d’émission : Analyse de la lumière émise après excitation d’un échantillon, notamment en fluorescence et phosphorescence.
      2.2. Analyse Quantitative
      L’analyse quantitative permet de déterminer la concentration d’un composé dans un mélange en mesurant l’intensité de l’absorption ou de l’émission lumineuse.
      • Absorption UV-Vis et loi de Beer-Lambert : Relation entre l’absorbance et la concentration d’un analyte.
      • Spectrométrie de fluorescence : Utilisation des fluorophores pour améliorer la sensibilité de la détection.
      3. Spectrométrie de Masse
      3.1. Principe et Méthodes
      La spectrométrie de masse repose sur l’ionisation des molécules et l’analyse de leurs fragments en fonction du rapport masse/charge (m/z). Les principales étapes incluent :
      • Ionisation : Techniques telles que l’ionisation par électrospray (ESI) et l’impact électronique (EI).
      • Séparation des ions : Utilisation d’analyseurs quadripolaires, de temps de vol (TOF) ou Orbitrap.
      • Détection et interprétation des spectres : Identification des composés en fonction de leurs masses et de leurs schémas de fragmentation.
      3.2. Applications en Chimie Pharmaceutique
      • Identification et quantification de principes actifs.
      • Détection d’impuretés et contrôle de qualité des formulations pharmaceutiques.
      • Analyse des métabolites et études pharmacocinétiques.
      4. Greffage de Groupements Chromophores et Fluorophores
      Le greffage de chromophores et de fluorophores permet d’augmenter la sensibilité des analyses spectrométriques.
      • Chromophores : Augmentation de l’absorption dans l’UV-Vis.
      • Fluorophores : Utilisation en marquage moléculaire pour la détection de biomolécules.
      5. Applications des Techniques Spectrométriques
      Les méthodes spectrométriques sont largement utilisées dans les domaines suivants :
      • Analyse pharmacologique : Détection et quantification de substances actives.
      • Suivi de réactions chimiques : Études cinétiques et mécanistiques.
      • Contrôle qualité : Vérification de la pureté des produits pharmaceutiques.
       
      Conclusion
      Les techniques de spectrométrie sont des outils analytiques incontournables en chimie pharmaceutique. Elles permettent une identification précise des substances, une quantification rigoureuse et une meilleure compréhension des interactions moléculaires. La maîtrise de ces méthodes est essentielle pour garantir la qualité, l’efficacité et la sécurité des médicaments.
       Références Bibliographiques
      1. Silverstein, R.M., Bassler, G.C., & Morrill, T.C. (2019). Spectrometric Identification of Organic Compounds (8th ed.). Wiley.
      1. Holler, F.J., & Skoog, D.A. (2021). Principles of Instrumental Analysis (7th ed.). Cengage Learning.
      1. Gross, M.L., & Caprioli, R.M. (2017). Mass Spectrometry: A Textbook. Springer.
      1. Atkin, J.M., & Farley, R.S. (2020). "Applications of UV-Vis Spectroscopy in Pharmaceutical Analysis." Pharmaceutical Analysis Journal, 45(1), 23-30.
       

    • Cours 2. Les techniques de spectrométrie HDR ZATER File

      • Le cours "Techniques de Spectrométrie" offre une exploration approfondie des principes et applications des différentes méthodes spectrométriques. 
      • Il couvre les fondements théoriques, le fonctionnement des instruments et les stratégies d’interprétation des spectres. À travers une approche combinant théorie et pratique, les étudiants développent des compétences essentielles pour l’analyse et l’exploitation des données spectrométriques dans divers domaines scientifiques et industriels.


  • Topic 4

    • Topic 5

      • Structure possible des différents ions dans la technique de la SMIE HDR ZATER File

        Organisation et Classification des Ions dans la Technique SMIE 
        La Spectrométrie de Masse par Ionisation Électrospray Haute Définition et Résolution (SMIE ) est une technique avancée permettant l’analyse fine des espèces ioniques présentes dans un échantillon. Cette méthode repose sur la formation, la séparation et la détection des ions selon leur rapport masse/charge (m/z). Les ions générés peuvent être classés en plusieurs catégories en fonction de leur mode de formation, de leur stabilité et de leur fragmentation.
        1. Classification des Ions selon leur Mode de Formation
        Ions moléculaires (ions pseudo-moléculaires) :
        • Ces ions correspondent à la molécule d’intérêt après ionisation sans fragmentation significative.
        • Ils sont souvent représentés sous forme de cations ou d’anions, comme [M+H]⁺, [M-H]⁻, [M+Na]⁺, [M+K]⁺, ou encore [M+NH₄]⁺, où M désigne la molécule analysée.
        • Ces ions sont cruciaux pour la détermination de la masse exacte de l’analyte.
        Ions adducts :
        • Résultent de l’association de la molécule d’intérêt avec des espèces présentes dans le solvant ou l’environnement expérimental.
        • Exemples courants en mode positif : [M+Na]⁺, [M+K]⁺.
        • En mode négatif, les adducts peuvent inclure [M+Cl]⁻ ou [M+FA]⁻ (formiate).
        Ions dimères ou multimères :
        • Certains analytes ont tendance à s’agréger et forment des ions multimères, tels que [2M+H]⁺ ou [3M+Na]⁺.
        • Ces formes sont souvent observées pour des composés polaires et fortement ionisables.
        2. Classification selon leur Stabilité et Fragmentation
        Ions précurseurs (ions parents) :
        • Ce sont les ions de départ issus de l’ionisation de la molécule d’intérêt.
        • Ils servent de base pour des expériences de fragmentation en spectrométrie de masse tandem (MS/MS).
        Ions fragments (ions fils) :
        • Ils résultent de la dissociation des ions parents sous l’effet d’une collision induite (Collision-Induced Dissociation, CID) avec un gaz inerte.
        • L’étude des ions fragments permet d’élucider la structure moléculaire et d’identifier des sous-structures spécifiques.
        Ions produits secondaires :
        • Certains ions fragments peuvent eux-mêmes subir une fragmentation supplémentaire, produisant une série d’ions secondaires qui permettent une analyse plus approfondie des liaisons et motifs moléculaires.
        3. Classification selon leur Abondance et leur Signature Isotopique
        Ions majoritaires (ions dominants) :
        • Ce sont les ions les plus abondants dans le spectre de masse, généralement représentatifs de la structure principale de l’analyte.
        Ions de faible abondance :
        • Ils peuvent correspondre à des impuretés, des sous-produits de fragmentation ou des formes ioniques moins favorisées thermodynamiquement.
        Ions isotopiques :
        • Permettent d’identifier la composition isotopique d’un élément spécifique dans la molécule.
        • L’analyse des profils isotopiques (ex. 12C/13C, 14N/15N, 16O/18O) est essentielle pour les études métabolomiques et les analyses de marquage isotopique.
        Conclusion
        La technique SMIE HDR ZATER permet une analyse fine et détaillée des différents types d’ions présents dans un échantillon. En distinguant les ions selon leur mode de formation, leur stabilité, leur fragmentation et leur signature isotopique, cette approche offre une puissance analytique exceptionnelle pour des applications en chimie analytique, en pharmacologie, en métabolomique et dans d’autres disciplines scientifiques de pointe.

      • Classification des Ions les Plus Fréquents en SMIE File

        Table des Ions les Plus Courants

        Extrait de Identification spectrométrique de composés organiques, Silverstein, Basler, Morrill, 5ème  éd., DeBoeck Université, Paris-Bruxelles, 1998.

        Ce tableau répertorie les ions les plus fréquemment observés en spectrométrie de masse, incluant les ions moléculaires, adducts, fragments et isotopiques, essentiels pour l’identification des composés organiques.


    • Spectroscopie de RMN

    • Topic 7

      • Table de déplacement chimique RMN ¹H File

        • Ce tableau présente les plages typiques de déplacement chimique (δ en ppm) des protons (¹H) selon leur environnement chimique en spectroscopie RMN.
        •  Il permet d’identifier les types de groupes fonctionnels présents dans une molécule à partir des signaux observés. Indispensable pour l’interprétation structurale en chimie organique.

    • Topic 8

      • Effet d’anisotropie – RMN ¹H File

        Effet d’anisotropie – RMN ¹H
        L’effet d’anisotropie en RMN ¹H désigne l’influence des courants électroniques circulants dans les liaisons multiples (cycles aromatiques, doubles et triples liaisons) sur le champ magnétique local ressenti par les protons.

        • Dans les cycles aromatiques : les protons situés à la périphérie sont fortement déblindés (δ élevé), car ils se trouvent dans une zone de champ induit désaligné du champ externe.

        • Dans les doubles liaisons (alcènes) : les protons en position vinylique subissent aussi un champ induit déblindant.

        • Dans les triples liaisons (alcynes) : à l'inverse, les protons en position terminale sont moins déblindés (δ faible), car le champ induit est orienté de manière à blinder davantage ces protons.

        👉 Cet effet permet d’interpréter avec précision les positions des signaux dans un spectre RMN ¹H, en tenant compte de la structure électronique locale.

        تأثير اللاتناظر المغناطيسي – مطيافية الرنين النووي المغناطيسي (¹H NMR)
        يشير تأثير الأنيسوتروبية (اللاتناظر المغناطيسي) في مطيافية RMN إلى تأثير التيارات الإلكترونية الدائرية الناتجة عن الروابط المتعددة (مثل الحلقات الأروماتية، والروابط الثنائية والثلاثية) على المجال المغناطيسي المحلي الذي يشعر به بروتون الهيدروجين.

        • في الحلقات الأروماتية: تتعرض البروتونات المحيطية لتأثير إزالة التدرع (deblindage) القوي، مما يؤدي إلى قيمة δ مرتفعة.

        • في الروابط الثنائية (الألكينات): تتعرض البروتونات الفينيلية أيضًا لتأثير إزالة التدرع، ولكن بدرجة أقل من الحلقات الأروماتية.

        • في الروابط الثلاثية (الألكاينات): على العكس، تكون البروتونات الطرفية أكثر تدرعًا (blindées)، مما يؤدي إلى قيمة δ منخفضة نسبيًا.

        👉 هذا التأثير يُعد أساسياً في تفسير مواقع إشارات البروتونات في طيف RMN بدقة، اعتمادًا على البيئة الإلكترونية المحيطة.

        هل ترغب في تنسيقه كملف PDF أو إضافته مع صور توضيحية؟


    • Topic 9

      • Travaux dirigés relatifs aux cours File

        Travaux Dirigés – Compléments au cours

        📌 Rappel utile : Calcul du nombre d’insaturations (ou d’indices de liaison) dans une molécule organique

        Pour une molécule organique de formule brute CₓHᵧO𝓏Nₜ, le nombre d’insaturations (cycles + doubles liaisons + triples liaisons) est donné par la formule suivante :

        Indice d’insaturation=x−y2+t2+1\text{Indice d'insaturation} = x - \frac{y}{2} + \frac{t}{2} + 1

        Remarques importantes :

        1. Les atomes d’oxygène (O) — et également de soufre (S) — n’interviennent pas dans ce calcul.

        2. Chaque atome d’halogène (F, Cl, Br, I) est compté comme un atome d’hydrogène.

        3. Chaque atome d’azote (N) — et éventuellement de phosphore (P) — équivaut à un hydrogène en moins dans le calcul.

        ✅ Ce rappel est essentiel pour l’analyse structurale des composés organiques lors des exercices de travaux dirigés.


    • Topic 10

      • Stéréospécificité des couplages – RMN ¹H File

        Stéréospécificité des couplages – RMN ¹H

        La stéréospécificité des couplages en spectroscopie RMN ¹H fait référence à la manière dont la géométrie relative des atomes d’hydrogène influence la valeur du couplage spin-spin observé (constante de couplage J).

        Elle permet notamment de distinguer des isomères géométriques :

        • Dans les alcènes, un couplage trans (E) donne une constante J plus grande (~12–18 Hz) qu’un couplage cis (Z) (~6–12 Hz).

        • Dans les cycles, la conformation des protons (axial/équatorial) affecte également les valeurs de J, révélant la stéréochimie de la molécule.

        👉 Cette propriété est un outil clé pour l’analyse fine de la structure tridimensionnelle des composés organiques.

        الخصوصية الفراغية لثوابت الترابط (Stéréospécificité des couplages) – مطيافية الرنين النووي المغناطيسي ¹H

        تشير الخصوصية الفراغية لثوابت الترابط في مطيافية RMN ¹H إلى تأثير الترتيب الهندسي النسبي لذرات الهيدروجين على قيمة ثابت الترابط المغزلي (J) بين البروتونات.

        وتُستخدم هذه الظاهرة في التمييز بين الإيزوميرات الهندسية، مثلًا:

        • في الألكينات، يكون الترابط في الشكل المقابل (trans – E) مرتبطًا بقيمة J أكبر (~12–18 هرتز)، مقارنة بالترابط في الشكل المجاور (cis – Z) (~6–12 هرتز).

        • في الحلقات، تؤثر وضعية البروتونات (محورية أو استوائية) على قيمة J، مما يسمح باستنتاج التوزيع الفراغي داخل الجزيء.

        👉 تُعدّ هذه الخاصية أداة مهمة في تحليل البنية الفراغية ثلاثية الأبعاد للجزيئات العضوية.


    • Topic 11