Chap 19 -strategie-et-selectivite-en-chimie-organique

Stratégie et sélectivité en chimie organique Terminale S
Physique-Chimie
Kartable.fr 1/5 Chapitre 19 : Stratégie et sélectivité en chimie organique
CONTEXTE
La synthèse d'espèces chimiques est un procédé complexe. Les molécules possèdent de
nombreux groupes d'atomes susceptibles de réagir dans un milieu réactionnel. Les
expérimentateurs doivent élaborer une succession d'étapes à partir des réactifs pour arriver au
produit voulu. Ce processus d'élaboration dénit la stratégie en synthèse organique.
Ces synthèses ne se font cependant pas sans conséquences et il est devenu impératif d'évaluer et
de réduire l'impact de la chimie sur l'environnement.
I La stratégie en synthèse organique
A Les étapes d'une synthèse
Une synthèse chimique se réalise en suivant un protocole expérimental.
B Le rendement d'une synthèse
Le rendement traduit l'efcacité d'une synthèse chimique.
DÉFINITION Protocole expérimental
Le protocole expérimental d'une synthèse chimique dénit l'ensemble des étapes et les
manipulations associées à chacune de ces étapes dans un ordre chronologique an de produire
une molécule spécique.

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REMARQUE
C Le choix des techniques pour mener la synthèse
1. L'utilisation du chauffage à reux
Le choix du montage à reux dépend :
Du caractère exothermique de la réaction
De la température d'ébullition des réactifs et des produits
2. La méthode d'extraction
Le choix de la méthode d'extraction dépend de la solubilité du produit de synthèse à extraire :
Si le produit est soluble dans le milieu réactionnel, on procède à une extraction liquide-liquide
par solvant suivi d'une séparation par décantation.
Si le produit est partiellement insoluble dans le milieu réactionnel, on effectue une cristallisation
suivie d'une séparation par ltration.
3. La méthode de purication
Le choix de la méthode de purication dépend de l'état du produit synthétisé après l'extraction :
Si le produit est liquide, on le purie par distillation.
FORMULE Rendement
Le rendement, noté R (ou ), est le rapport suivant :
Avec :
R le rendement de la réaction (sans unité ou en pourcentage)
la quantité de matière du produit synthétisé purié (en mol)
la quantité de matière obtenue si la réaction était totale (en mol)
η
R=nmax
nproduit
nproduit
nmax
EXEMPLE
On effectue la synthèse de l'aspirine. Après purication, la synthèse a permis de produire
2,5.10−2 mole d'aspirine. Si la réaction avait été totale, on aurait pu obtenir 3,5.10−2 mole
d'aspirine. Le rendement de cette réaction est donc de :
%
R=nmax
nproduit
R=3,5.10−2
2,5.10−2
R= 0,71 = 71
Le rendement peut aussi se calculer à partir du rapport des masses au lieu du rapport
des quantités de matière.
PROPRIÉTÉ
Le montage à reux sert à chauffer le milieu réactionnel an d'augmenter la vitesse de la réaction
sans perte de matière grâce à l'utilisation d'un réfrigérant (à air ou à eau) qui permet la
recondensation des vapeurs.

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Si le produit est solide, on le purie par recristallisation.
4. La méthode d'analyse
L'analyse du produit peut se faire en utilisant de nombreuses méthodes quel que soit le produit :
La mesure de la température de fusion (pour un solide)
La mesure de l'indice de réfraction
L'analyse spectroscopique (UV-visible, IR, RMN)
L'analyse chimique par chromatographie (sur couche mince ou en phase gazeuse)
II La sélectivité en chimie organique
A Les composés polyfonctionnels
Au cours d'une synthèse organique, le protocole expérimental peut faire intervenir des composés
polyfonctionnels.
De tels composés sont problématiques car il peut exister autant de produits de synthèse qu'il n'y a
de groupes fonctionnels sur le réactif. Il existe deux solutions pour contrôler la façon dont ces
composés vont réagir :
La chimiosélectivité
La protection de fonctions
B La chimiosélectivité
Pour réaliser une réaction chimiosélective, on utilise un réactif chimiosélectif.
DÉFINITION Composés polyfonctionnels
Un composé polyfonctionnel est un composé organique possédant plusieurs groupes fonctionnels
identiques ou non.
EXEMPLE
La molécule de para-aminophénol intervient dans la synthèse du paracétamol. Voici sa formule
semi-développée :
Cette molécule est un composé polyfonctionnel comportant une fonction amine et une fonction
alcool.
DÉFINITION Chimiosélectivité
La chimiosélectivité consiste à prévoir, dans son protocole expérimental, des réactions qui vont
mener à l'obtention d'un seul produit préférentiellement.

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C La protection de fonctions
1. Le principe
La protection de fonctions consiste à protéger les groupes fonctionnels qui ne doivent pas réagir au
cours de la synthèse envisagée. Elle se déroule en trois étapes :
Protection des fonctions : on fait réagir le composé polyfonctionnel de façon à ce que les groupes
fonctionnels à protéger soient rendus inactifs chimiquement.
Réalisation de la synthèse : seuls les groupes fonctionnels non protégés réagissent.
Déprotection des fonctions : on réalise une dernière réaction pour rendre les groupes protégés de
nouveau actifs.
2. L'application à la synthèse peptidique
Voici l'équation de la réaction traduisant la formation d'un dipeptide à partir de deux acides alpha-
aminés ( et ) :
À partir de deux acides alpha-aminés, on peut obtenir quatre dipeptides différents :
L'association de deux acides alpha-aminés
L'association de deux acides alpha-aminés
L'association de l'acide alpha-aminé par sa fonction acide avec l'acide alpha-aminé par
sa fonction amine (décrite par l'équation ci-dessus).
L'association de l'acide alpha-aminé par sa fonction amine avec l'acide alpha-aminé par
sa fonction acide.
R1
R2
NH −R −
2 1 COOH +NH −R −COOH NH −R − 22 2 1 CO −NH−R −COOH + 2H2
R1
R2
R1
R2
R1
R2
DÉFINITION Réactif chimiosélectif
Un réactif est dit chimiosélectif s'il ne réagit qu'avec un seul groupe fonctionnel préférentiellement.
EXEMPLE
La synthèse du paracétamol consiste à faire réagir le para-aminophénol avec l'anhydride
acétique selon l'équation bilan suivante :
L'anhydride acétique pourrait réagir avec la fonction alcool ou la fonction amine qui sont tous les
deux des sites donneurs d'électrons. Mais l'anhydride réagit préférablement avec la fonction
amine. C'est un réactif chimiosélectif.
DÉFINITION Synthèse peptidique
La synthèse peptidique est la synthèse qui permet la formation de peptides qui sont des
macromolécules composées par des enchaînements d'acides alpha-aminés reliés entre eux par
liaisons peptidiques.
DÉFINITION Acide alpha-aminé
Un acide alpha-aminé est une molécule contenant une fonction acide carboxylique et une
fonction amine :
NH −R −
2COOH

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Il est donc nécessaire de protéger les fonctions qui ne doivent pas réagir pour construire un certain
type d'enchaînement.
III La synthèse organique et la chimie durable
A La chimie et l'environnement
Les synthèses organiques ont un impact sur l'environnement très important car elles consomment
de l'énergie et font intervenir des produits toxiques. C'est sur ce constat qu'a été développé le
concept d'économie d'atomes.
Les solvants utilisés ont aussi un impact considérable sur l'environnement. Il convient donc à
l'expérimentateur de choisir le solvant le plus propre possible et de réduire leur quantité.
B La chimie et les ressources
La chimie durable encourage à recourir à des synthèses dont le coût énergétique est faible car elles
se réalisent dans des conditions proches des conditions naturelles de pression et de température.
C'est le principe de la chimie douce.
EXEMPLE
L'utilisation de biocatalyseurs est l'un des concepts de la chimie douce. Le biocatalyseur permet
de réaliser la réaction en économisant l'énergie nécessaire tout en restant dans des milieux
réactionnels "propres" (pas de solvants organiques par exemple).
L'utilisation de ressources renouvelables (comme la biomasse) permet aussi d'économiser les
ressources naturelles et de réduire la consommation des énergies fossiles.
C La revalorisation des sous-produits et des réactifs en excès
Les sous-produits de réaction ou les réactifs qui restent après la synthèse sont plus ou moins
toxiques. L'un des objectifs de la chimie durable est de recycler au maximum ces espèces ou, à
défaut, de minimiser leur utilisation en trouvant de nouvelles voies de synthèse.
DÉFINITION Chimie durable
La chimie durable (ou chimie verte) est un ensemble de concepts appliqués à la synthèse chimique
ayant pour objectifs :
D'optimiser le coût énergétique
D'économiser les ressources naturelles
De réduire l'impact des rejets sur l'environnement
DÉFINITION Économie d'atomes (ou utilisation atomique UA)
L'économie d'atomes permet d'évaluer le coût énergétique et environnemental de l'insertion de
groupes d'atomes caractéristiques dans le produit synthétisé.
EXEMPLE
Une réaction au cours de laquelle les groupes d'atomes d'une même molécule se réarrangent
entre eux (modication de chaîne et de fonction) par simple chauffe se fait avec une économie
d'atome de 100%.
Une réaction de substitution aura une économie d'atomes moindre car il a fallu utiliser un
réactif qui a introduit des atomes supplémentaires au sein de la molécule de départ .