Conforme au programme officiel de la première année des classes préparatoires BCPST (Biologie, Physique, Chimie et Sciences de la Terre).

L’enseignement de thermodynamique chimique est consacré à l’introduction des notions permettant l’analyse des systèmes chimiques homogènes. L’équilibre chimique est introduit comme une donnée expérimentale, et l’existence d’une constante d’équilibre est admise. Les applications sont illustrées par l’étude des réactions acido-basiques et d’oxydoréduction en solution aqueuse.

L’enseignement d’oxydo-réduction vise essentiellement à introduire l’oxydation et la réduction en chimie organique, en lien avec le cours de sciences de la vie et de la Terre. Il n’induit pas de développement théorique ; les potentiels standard sont interprétés comme une simple échelle de la force des oxydants et des réducteurs, par analogie avec l’échelle des pKa. Les exemples privilégiés sont en relation avec la biologie, l’agronomie, l’agroalimentaire, l’environnement ou la géochimie.

La partie expérimentale est consacrée à la réalisation et l’interprétation de titrages directs et indirects. Les techniques usuelles de la chimie analytique (prise de volume, pesée, réalisation du montage, utilisation des appareils à l’aide d’une notice simplifiée) doivent être maitrisées, afin d’amener progressivement les étudiants à une prise d’autonomie dans l’élaboration et la réalisation de protocoles expérimentaux. Les limites des lois expérimentales sont présentées qualitativement.

Cet enseignement illustre, sans prétendre à l’exhaustivité, l’organisation de la matière de l’échelle atomique à l’échelle supramoléculaire. Il explicite des concepts sur la structure des atomes, dont la finalité est d’une part de présenter le phénomène de radioactivité et d’autre part de pouvoir lire et utiliser la classification périodique. La structure des molécules est envisagée sous le seul formalisme de Lewis, et leur géométrie dans le cadre du modèle de Gillespie. Les propriétés électroniques des molécules sont traitées dans le but d’interpréter la structure et la réactivité en chimie organique et en biochimie. Selon la même démarche, l’étude des interactions intermoléculaires constitue essentiellement un support à l’interprétation qualitative de protocoles expérimentaux en chimie organique, mais il accompagne également les notions vues en sciences de la vie et de la Terre.

Premier semestre (chapitres 0 à 3) : introduction à la chimie organique.

Cette partie introductive à la chimie organique reste descriptive, l’aspect mécanistique des réactions n’étant abordé qu’au deuxième semestre. Les compléments de stéréochimie s’inscrivent dans la continuité des notions introduites en classe de terminale. L’importance de la structure tridimensionnelle des molécules est illustrée par des exemples tirés du monde du vivant.

Le chapitre sur les solvants est l’occasion de sensibiliser les étudiants aux problèmes de toxicité humaine et environnementale et à la notion de chimie verte.

La présentation des différentes fonctions chimiques permet d’avoir une vue d’ensemble des groupes caractéristiques les plus courants qui seront rencontrés dans la suite du cours. L’utilisation de données spectroscopiques (UV visible, infra-rouge et résonance magnétique nucléaire du proton), s’appuie sur les connaissances acquises en Terminale.

Second semestre (chapitre 4 à 7) : chimie organique réactionnelle.

L’enseignement de chimie organique décline des familles de réactions plutôt que des familles de composés. De cette manière, il facilite le réinvestissement des connaissances de la classe de terminale sur la réactivité des composés organiques. Il poursuit l’objectif de fournir aux étudiants les outils permettant d’interpréter ou de prévoir la réactivité intermoléculaire dans des conditions données, celles d’un milieu biologique ou d’un milieu de synthèse. La chimie organique permet ainsi d’une part de comprendre des réactions intervenant dans des grands cycles métaboliques, d’autre part de sensibiliser les étudiants à la synthèse totale au laboratoire ou aux réactions industrielles, en gardant à l’esprit que la formation dispensée dans la filière BCPST reste généraliste. Les éléments d’interprétation d’une stratégie de synthèse sont renforcés par l’utilisation de données spectroscopiques (UV, visible, infra-rouge et résonance magnétique nucléaire du proton).

L’enseignement de cinétique s’inscrit dans le cadre plus large de l’évolution temporelle des systèmes. Il prend appui sur des exemples dans les domaines biologiques et géologiques, mettant en jeu des échelles de temps très variées.

Les éléments de cinétique formelle induisent l’usage d’un formalisme mathématique rigoureux, et la nécessité d’une confrontation du modèle avec des données expérimentales. La résolution analytique se limite aux cas les plus simples de réactions d’ordre 0, 1 et 2, des cas plus complexes devant être traités à l’aide de l’outil numérique.

Cet enseignement permet de réinvestir des compétences expérimentales par le recours aux techniques d'analyse et d'utiliser le formalisme du tableau d'avancement pour le suivi cinétique de la réaction.

La présentation des mécanismes réactionnels, limités aux réactions par stades, est l’occasion de mettre en évidence les notions de catalyse et de catalyseur. En lien avec la chimie organique, cet enseignement présente les notions essentielles d’état de transition, d’intermédiaire réactionnel, de postulat de Hammond et de contrôles thermodynamique et cinétique.