THEME 3

Page 1 sur 8
THEME 3 : AGIR/Défis du 21ème siècle
CHAP 20
STRATEGIE DE SYNTHESE ET SELECTIVITE EN CHIMIE
ORGANIQUE
1. STRATEGIE A ADOPTER LORS D'UNE SYNTHESE?
1.1 Étape préliminaire : avant l'expérience
Pour synthétiser un composé organique, il faut choisir :
- les réactifs appropriés ainsi que leurs quantités. Le plus souvent, l'un des deux réactifs est
introduit en excès; il s'agit en général du moins cher;
- un solvant adapté qui doit permettre de solubiliser les réactifs et de contrôler la température dans
le milieu réactionnel;
- un catalyseur afin d'accélérer la réaction;
- les paramètres expérimentaux (température, durée de la réaction, etc.);
- le montage adapté à la réaction.
Si tout doit être mis en œuvre pour avoir le meilleur rendement possible, il faut aussi prendre en compte les
aspects liés à la sécurité en exploitant les pictogrammes et les consignes de sécurité relatifs aux espèces chimiques
utilisées. Le coût de la synthèse et l'impact sur l'environnement doivent aussi être évalués.
1.1 Étape 1 : la réaction
a) Définition
- Certaines réactions peuvent avoir lieu à froid dans le cas où on souhaite éviter une élévation de température, due
à une réaction qui dégage trop de chaleur.
- D'autres réactions nécessitent un chauffage qui permet d'accélérer la réaction, on effectue alors un chauffage à
reflux.
- Le chauffage permet aussi de dissoudre les réactifs solides et d'augmenter le rendement de certaines réactions
limitées.
montage de chauffage à reflux permet de chauffer tout évitant les pertes par évaporation.
- En fin de réaction, on refroidit le mélange réactionnel pour condenser les vapeurs de solvants qui pourraient
s'échapper et pour diminuer la solubilité du produit s'il est solide.
Page 2 sur 8
b) Exemple de montage : Le chauffage à reflux :
Le chauffage à reflux permet :
- De travailler à une température élevée,
- D’accélérer la synthèse de l’espèce chimique,
- D’éviter les pertes de réactifs et de produits.
-
Schéma :
Chauffage à Reflux
1- réfrigérant.
2- Ballon.
3- Chauffe-ballon.
4- Sortie de l’eau.
5- Arrivée de l’eau.
6- Mélange réactionnel.
7- Vallet.
Rem :
Dans le mélange réactionnel on rajoute de la pierre ponce, elle sert à régulariser l’ébullition
1.2. Étape 2 : l'isolement
- L'isolement consiste à séparer au mieux le produit des réactifs n'ayant pas réagi, des produits secondaires, du
catalyseur, du solvant et des sous-produits dus à des réactions parasites.
- L'isolement conduit au produit brut.
Différentes techniques sont employées selon l'état physique du produit à isoler.
a) filtration sous pression réduite
Une fiole à vide munie d'un entonnoir Buchner permet une filtration rapide et un
essorage efficace sous pression réduite.
Le ballon doit être rincé pour collecter le produit qui y serait resté et le solide
doit être lavé pour éliminer au mieux les impuretés. Le liquide de rinçage utilisé
devra être glacé pour dissoudre le minimum de solide.
Page 3 sur 8
b) Technique d'extraction liquide-liquide : L’ampoule à décanter
Exemple :
Extraction du diiode présent dans une solution.
- Protocole expérimental :
Introduire le mélange (solution aqueuse d’iodure de potassium et de diiode) dans l’ampoule à décanter puis
ajouter délicatement le solvant (hexane ou pentane : solvant organique : liquide incolore moins dense que la
solution aqueuse et non miscible)
- Agiter, laisser décanter et dégazer.
- On observe alors deux phases : la phase inférieure qui est pratiquement décolorée et la phase supérieure qui
contient le diiode dans le solvant qui est violette.
- On dit que le diiode a été extrait par le solvant.
- On récupère la phase contenant le diiode et le solvant.
Après évaporation du solvant, on recueille le diiode (solide).
- L'extraction liquide-liquide permet de transférer sélectivement des espèces présentes dans
un solvant vers un autre solvant, non miscible au premier, dans lequel elles sont plus
solubles.
Un bon solvant doit être :
- Insoluble dans l’eau
- Très soluble avec le produit à extraire
Page 4 sur 8
c) amélioration de la séparation
Lorsque le produit synthétisé est très soluble dans la phase organique, on peut, pour améliorer la séparation :
- Saturer la phase aqueuse en sels (par exemple Na+(aq) + Cl-(aq)) afin de diminuer la solubilité
du produit organique dans la phase aqueuse. Cette technique s'appelle le relargage
- laver la phase organique avec de l'eau pour en retirer les espèces solubles dans l'eau (doc. 3);
C’est le lavage
- Ces étapes doivent être suivies :
- D'un séchage afin d'éliminer l'eau contenue dans la phase organique avec un desséchant
chimique, par exemple Na2SO4(s) anhydre;
- de l'évaporation du solvant grâce à un évaporateur rotatif (doc. 4).
1.3. la purification
- La purification consiste à éliminer les faibles quantités d'impuretés, contenues dans le produit brut afin d'obtenir
le produit purifié.
- Les deux méthodes de purification les plus employées sont la recristallisation pour les solides et la distillation
pour les liquides .
a) La recristallisation
- La recristallisation est une méthode de purification des solides fondée sur la différence de
solubilité du produit et des impuretés dans un solvant
- Lors de la recristallisation on introduit un minimum de solvant afin de limiter les pertes de
solide contenu dans le solvant saturé
Page 5 sur 8
b) La distillation
La distillation est une méthode de purification des liquides fondée sur les différences de
température d'ébullition du produit et des impuretés.
- Elle permet de séparer les espèces chimiques constituant un
mélange liquide.
- Le mélange à distiller est placé dans un ballon surmonté d’une
colonne à distiller : colonne de Vigreux (N°03).
- On chauffe le ballon jusqu’à ébullition du mélange. Les
vapeurs des différentes espèces chimiques montent dans la colonne
à distiller.
- La colonne à distiller permet de séparer les différentes espèces
chimiques. En tête de colonne à distiller, on trouve l’espèce
chimique les plus volatiles.
- Les autres se condensent et retombent dans le ballon.
- L’espèce chimique la plus volatile est condensée grâce au
réfrigérant (N°6) . On recueille le distillat (N°08).
1.4. Les analyses
Les étapes d'analyse permettent de contrôler la pureté du produit synthétisé et de le caractériser (de l'identifier).
Il existe plusieurs méthodes, certaines dépendent de l'état physique du produit.
a) Pour les solides
- On mesure mesure de la température de fusion, par exemple, à l'aide du banc Kôfler (doc. 5).
b) Pour les liquides
- On mesure de l'indice de réfraction à l'aide d'un réfractomètre
- On mesure de la température d'ébullition.
c) Pour les liquides et les solides
On utilise la spectroscopie IR ou de RMN (cf cours : cours-physique-THEME-01-chap-5-analyse-spectrale) ou la
chromatographies
Page 6 sur 8
c.1 chromatographies
- Le mot chromatographie vient du grec khrôma: la couleur. À l'origine, c'était une technique de séparation de
substances colorées, mais elle est aujourd'hui utilisée pour tous types de mélanges.
- La chromatographie est une méthode physique de séparation et d'identification des constituants d'un
mélange.
- Il existe différentes techniques de chromatographie. On se limitera à l'étude de la chromatographie sur
papier ou sur couche mince (CCM).
cf vidéo « chromato »
c.1.1 Chromatographie sur couche mince (C.C.M).
- Cette technique permet de séparer les espèces chimiques présentes dans un mélange homogène.
Pour effectuer une C.C.M, on utilise :
- Une phase fixe sur laquelle une goutte de mélange à séparer est déposée.
- La phase fixe est constituée d’une mince couche de gel de silice déposée sur une plaque d’aluminium.
- Une phase mobile ou éluant. C’est le solvant dans lequel les constituants du mélange sont plus ou moins
solubles.
- L’éluant migre le long de la phase fixe grâce au phénomène de capillarité.
- Il entraîne les constituants du mélange qui se déplacent à des vitesses différentes.
- On peut ainsi les séparer.
c.1.2. Chromatographie et séparation.
- La chromatographie permet la séparation des constituants d’un mélange.
- Pour un éluant et un support donnés, une espèce chimique migre de la même façon qu’elle soit pure ou dans
un mélange.
- Une espèce chimique très soluble dans l’éluant migre beaucoup plus vite qu’une substance peu soluble.
- Les espèces chimiques étant entraînées à des vitesses différentes peuvent être séparées.
c.1.3.- Chromatographie et analyse.
- La chromatographie est aussi une technique d’analyse. Elle permet d’identifier les espèces chimiques
présentes dans un mélange.
- Des espèces chimiques identiques migrent à des hauteurs identiques sur une même plaque de
chromatographie.
Page 7 sur 8
-
Préparation de la plaque
Étape 1 :
 Placer la plaque dans
le bécher et recouvrir du
verre de montre.
- Laisser évoluer
l’ensemble jusqu’à ce que
l’éluant arrive à 1 cm du
haut de la plaque environ.
- Sortir la plaque et
laisser sécher.
Étape 2
Étape 3
Page 8 sur 8
c.1.4. Rapport frontal
- On appelle rapport frontal Rf d'une espèce chimique le quotient de la distance h parcourue par l'espèce par la
distance H parcourue par l'éluant pendant le même temps.
Rf =
dis tan ce parcourue par le constituan t
= h
H
dis tan ce parcourue par l'éluant
- Pour chaque espèce chimique, le Rf dépend de la phase fixe et de l'éluant
c.1.5. Révélation du chromatogramme
Les constituants des produits analysés donnent souvent des taches invisibles.
La révélation permet de faire apparaître les différentes taches.
On peut utiliser diverses techniques :
- révélation aux vapeurs de diiode: on place la phase fixe dans un flacon rempli de vapeurs de diiode ;
- révélation au permanganate : on plonge la phase fixe dans une cuve remplie d'une solution de
permanganate de potassium ;
- révélation aux ultraviolets : on place la phase fixe sous une lampe à UV. Les différentes taches
correspondant aux constituants du mélange apparaissent. En l'absence de rayonnement, on ne voit rien.