Introduction to continuous flow organic synthesis

Durée

15h Th, 10h Pr, 1j Vis.

Nombre de crédits

Enseignant

Jean-Christophe Monbaliu

Langue(s) de l'unité d'enseignement

Langue anglaise

Organisation et évaluation

Enseignement au deuxième quadrimestre

Unités d'enseignement prérequises et corequises

Les unités prérequises ou corequises sont présentées au sein de chaque programme

Contenus de l'unité d'enseignement

Bien que le réacteur batch soit utilisé depuis des générations dans les laboratoires et en production pour la transformation de molécules organiques, les contraintes économiques et environnementales actuelles poussent les chimistes à améliorer et repenser leurs procédés. La chimie en continu, c'est-à-dire la transformation de matière dans le volume confiné de réacteurs micro- et mésofluidiques, est apparue depuis quelques décennies comme une alternative économiquement viable aux traditionnels macroréacteurs batch. De plus, ces réacteurs micro- et mésofluidiques permettent une chimie plus sûre et plus efficace avec un contrôle précis des conditions réactionnelles, même extrêmes. Que ce soit au laboratoire, ou dans une usine de production, les réacteurs micro- et mésofluidiques sont les outils du chimiste de demain.
Ce cours est destiné aux étudiants en sciences chimiques, chercheurs en chimie organique et sciences pharmaceutiques, ainsi qu'aux professionnels de l'industrie fine et pharmaceutique (R&D et production). Les principes fondamentaux et les nouvelles technologies de synthèse organique en continu dans des micro- et mésoréacteurs seront discutés et illustrés à l'aide d'exemples récents de la littérature. En plus d'une formation théorique avancée, les participants auront également l'occasion de manipuler des équipements de haute technologie et de pratiquer la synthèse organique en continu au laboratoire.

• Cours 1: Définitions et concepts: micro- et mésoréacteurs (2 h)
• Cours 2: Principes d'ingénierie chimique pour la synthèse en continu (2 h)
• Cours 3: Synthèse organique en continu (2 h)
• Cours 4: Applications diverses (photochimie, électrochimie, polymérisations et encapsulations) (3 h)
• Cours 5: Purification et analyse en ligne (2 h)
• Cours 6: Applications industrielles de la chimie organique en continu (2 h)
• Cours 7: Préparation d'une molécule cible complexe à l'aide d'un microréacteur (2 h)

Acquis d'apprentissage (objectifs d'apprentissage) de l'unité d'enseignement

• Repenser la chimie organique au moyen de réacteurs micro- et mésofluidiques;
• Améliorer et augmenter ses aptitudes en synthèse organique en utilisant de nouvelles technologies: plus de contrôle, plus de sécurité, accès à des conditions réactionnelles non-conventionnelles;
• Apprendre à mettre en œuvre et à optimiser des synthèses organiques complexes (en incluant les étapes de purification et d'analyse) dans des réacteurs micro- et mésofluidiques;
• Comprendre les concepts de base d'ingénierie chimique;
• Maîtriser les aspects de base du développement de procédés et d'intensification.

Savoirs et compétences prérequis

Bachelier et/ou master en chimie; une connaissance de base en chimie organique est nécessaire. 

Activités d'apprentissage prévues et méthodes d'enseignement

• Cours théorique (70%): cours en présentiel, sous la forme d'une discussion ouverte. Les bases théoriques seront exposées et illustrées avec de nombreux exemples issus de la littérature primaire récente. Possibilité de e-learning (références et ressources complémentaires);
• Travail de groupe (10%): discussion active lors des cours théoriques, préparation du laboratoire et de la visite d'industrie;
• Cours pratique (10%): construire son réacteur et l'utiliser pour synthétiser une cible complexe;*
• Visite (10%): Visite d'une usine de microfabrication.*

Mode d'enseignement (présentiel ; enseignement à distance)

Cours théoriques en présentiel, sous la forme d'une discussion ouverte, et session pratique au laboratoire pour illustrer les concepts théoriques. Possibilité de e-learning (références et ressources complémentaires).

Lectures recommandées ou obligatoires et notes de cours

• Micro Reaction Technology in Organic Synthesis, Charlotte Wiles and Paul Watts, CRC Press, Boca Raton, 2011 (ISBN: 978-1-4398-2471-9);
• Chemical Reactions and Processes under Flow Conditions, Santiago V. Luis and Eduardo Garcia-Verdugo, RSC Green Chemistry Series, 2009 (ISBN: 978-0-85404-192-3);
• Fundamentals of Heat and Mass Transfer (6th Edition), Frank P. Incropera, David P. DeWitt, Theodore L. Bergman and Adrienne S. Lavine, John Wiley & Sons, 2007 (ISBN: 978-0-471-45728-2);
• Fluid Mechanics: Fundamentals and Applications, Yunus A. Çengel and John M. Cimbala (2nd Edition), McGraw-Hill, 2010 (ISBN: 978-0-07-352926-4);
• Des exemples issus de la littérature primaire récente seront discutés au cours;
• Les notes de cours seront mises à la disposition des étudiants. Des ressources complémentaires sont disponibles en ligne (eCampus).

Modalités d'évaluation et critères

Les compétences théoriques et pratiques seront évaluées lors d'un examen oral: l'étudiant choisira une cible et présentera une approche de synthèse en micro/mésoréacteur, ou choisira un article récent à présenter et à discuter. L'évaluation se fera également sur base d'un rapport écrit (max. 5 pages) résumant la stratégie suivie, et qui sera remis avant l'examen oral. 

Stage(s)

Une journée de manipulation sur micro- et mésoréacteurs au laboratoire est prévue. Les participants apprendront à fabriquer un microréacteur et l'utiliseront pour synthétiser une molécule cible. Ces deux activités sont susceptibles d'être modifiées en fonction de la faisabilité et/ou des opportunités.

Remarques organisationnelles

Le cours CHIM 9265-1 sera dispensé en anglais. Une copie papier des notes de cours sera mise à la disposition des étudiants. Les notes et les articles discutés, ainsi que d'autres ressources sont disponibles en ligne (eCampus). Cours dispensé au second quadrimestre. 

Contacts

jc.monbaliu@ulg.ac.be (Jean-Christophe Monbaliu)

Notes en ligne