CH 17 Synthèse d`une espèce chimique.

Sciences physiques
CH 17
CH17 Synthèse d’une espèce chimique.
Synthèse d'une espèce chimique.
II- Réalisation d’une synthèse.
I- Nécessité de la chimie de synthèse.
1)- Le mode opératoire.
1)- Définition.
2)- L’étape de transformation.
2)- Présentation du problème.
3)- Les étapes de séparation et de purification.
4)- L’étape d’identification.
IV- Applications. Correction des Exercices
1)- QCM : pour chaque question, indiquer la (ou les)
bonne(s) réponse(s). QCM réalisé avec Questy
III- Exemple : synthèse de l’acide acétylsalicylique.TP 2)- Exercice 3 page 282 : connaître le matériel utilisé
N° 11
pour une synthèse.
3)- Exercice 5 page 282 ; nommer les étapes d’une
synthèse.
4)- Exercice 9 page 284 : Le baume du Pérou.
5)- Exercice 13 page 286 : les texticaments.
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Sciences physiques
CH17 Synthèse d’une espèce chimique.
I- Nécessité de la chimie de synthèse.
1)- Définition.
- Réaliser la synthèse d’une espèce chimique, c’est la préparer à partir d’autres espèces chimiques grâce à une
transformation chimique.
2)- Présentation du problème.
- Pour répondre aux besoins de l’homme, l’industrie chimique synthétise un nombre considérable de produits.
- On distingue : la chimie lourde et la chimie fine.
► La chimie lourde synthétise, à partir de matières premières simples des produits en grande quantité :
- La chimie lourde fabrique des espèces chimiques en grande quantité et pour un coût peu élevé.
- Ces synthèses nécessitent peu d’étapes.
- Synthèse de matières plastiques (polyéthylène, polychlorure de vinyle PVC…) : la production française de PVC
dépasse le million de tonnes.
- Synthèse de l’ammoniac (NH3,…).
Synthèse de l’aluminium (bauxite → alumine)
► La chimie fine synthétise des substances plus complexes :
- Les parfums et les médicaments sont des produits de la chimie fine.
- La chimie fine élabore, à partir des produits de la chimie lourde ou d’espèces naturelles, des espèces chimiques à
haute valeur ajoutée.
- Les médicaments préparés en plus faibles quantités que ceux de la chimie lourde, sont plus coûteux et nécessitent
souvent de nombreuses réactions chimiques successives.
- Synthèse de l’acétate de linalyle.
- Synthèse de l’aspirine (acide acétylsalicylique).
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CH17 Synthèse d’une espèce chimique.
II- Réalisation d’une synthèse.
1)- Le mode opératoire.
Le protocole expérimental précise : (ou mode opératoire)
- La nature et les quantités de réactifs nécessaires,
- Le solvant approprié,
- Les consignes de sécurité à respecter,
- Le montage utilisé,
- Les différentes étapes à effectuer.
- Exemple : le chauffage à reflux
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 ou Support.
Ce montage permet de maintenir le milieu réactionnel à une température
constante, en l'occurrence pratiquement la température d'ébullition du
solvant. Les vapeurs sont condensées dans le réfrigérant et retournent à l'état
liquide dans le ballon. Les réactifs et les produits restent dans le milieu
réactionnel.
2)- L’étape de transformation.
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CH17 Synthèse d’une espèce chimique.
- Lors de la synthèse d’une espèce chimique, des réactifs réagissent pour former un ou plusieurs produits, dont
l’espèce attendue.
- Réactifs et produits d’une synthèse.
- La synthèse d’une espèce chimique nécessite d’autres espèces chimiques.
- Les espèces chimiques nécessaires à la synthèse sont appelées : les réactifs de la synthèse.
- Les espèces chimiques obtenues sont appelées : les produits de la synthèse.
→
Réactifs
Produits
- Les réactifs et le produit différent par leurs caractéristiques physiques.
- Exemple : Pour synthétiser l’acétate d’isoamyle, on utilise de l’acide acétique et de l’alcool isoamylique.
densité θ eb °C Solubilité dans l'eau Formule brute
Acide éthanoïque
1,05
118,2
Grande
CH3COOH
Alcool isoamylique
0,81
128
Faible
C5H11OH
Éthanoate de 3-méthylbutyle 0,87
142
Très faible
C7H14O2
- On peut schématiser cette transformation chimique comme suit :
Transformation
chimique
Réactifs
Acide
Acétique
Ou
+
C2H4O2 + C5H12O
Alcool
Isoamylique
→
Donne
→
Produits
Acétate
d’Isoamyle
+ Eau
C7H14O2 + H2O
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- Certaines réactions, qui sont lentes à température ambiante, nécessitent un chauffage qui permet d’accélérer la
réaction.
- On effectue alors un chauffage à reflux pour éviter les pertes d’espèces chimiques par vaporisation.
- Pour accélérer certaines réactions chimiques, on peut ajouter un catalyseur au mélange réactionnel.
- Un catalyseur est une substance qui accélère une réaction sans entrer dans le bilan de la réaction et sans modifier
l’état final du système.
3)- Les étapes de séparation et de purification.
- L’espèce chimique obtenue par synthèse est généralement mélangée :
- Au solvant,
- Aux réactifs restants,
- Et aux autres produits de la réaction.
► Les techniques de séparation : cela dépend de la nature de l’espèce synthétisée
- Si l’espèce synthétisée est un solide :
- On peut la séparer par filtration
- Et la purifier par recristallisation.
- Si l’espèce est dissoute dans le mélange réactionnel,
- On peut la séparer par extraction
- Puis la purifier par évaporation ou distillation.
4)- L’étape d’identification.
- Il est nécessaire de vérifier la présence de l’espèce attendue ainsi que son degré de pureté.
-
La caractérisation de l’espèce chimique peut se faire grâce à ses propriétés physiques :
Aspect,
Solubilité,
Température d’ébullition, température de fusion,
Densité,
Indice de réfraction…
-
On peut effectuer une analyse comparative :
On peut réaliser une chromatographie sur couche mince (C.C.M) :
De l’espèce synthétique,
De l’espèce de référence,
D’un extrait naturel contenant la même espèce chimique.
Il faut ensuite comparer la position des différentes taches du chromatogramme obtenu.
- Remarque : Une espèce chimique d’origine naturelle est identique à l’espèce chimique obtenue par synthèse. Rien
ne permet de les différencier.
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CH17 Synthèse d’une espèce chimique.
III-Exemple : synthèse de l’acide acétylsalicylique.TP N° 11
IV-Applications.
1)- QCM : pour chaque question, indiquer la (ou les) bonne(s) réponse(s).
Énoncé
A
1
Lors d’une synthèse chimique :
Un seul réactif
peut être présent
2
Lorsqu’on chauffe à reflux un
mélange réactionnel :
La
transformation
est accélérée
3
Pour accélérer une réaction
chimique :
On peut ajouter
un catalyseur
4
Le schéma du montage à reflux
peut être :
5
6
7
Dans un réfrigérant à eau :
À la fin de la synthèse, l’espèce
chimique obtenue :
Pour isoler l’espèce chimique
synthétisée, on effectue :
B
Il peut se
former
plusieurs
produits
Les vapeurs
formées se
condensent
On peut
chauffer le
mélange
réactionnel
Répons
e
Il se forme une
seule espèce
chimique
AB
Un calalyseur est
nécessaire
AB
On doit
condenser les
vapeurs formées
AB
A
L’eau circule de
bas en haut
L’eau circule
de haut en bas
Le sens de
circulation de
l’eau est
indifférent
A
Est toujours pure
Peut être
mélangée à
d’autres
espèces
Est extraite du
mélange
réactionnel
BC
Une séparation
Une
identification
Une
chromatographie
sur couche
mince
A
Une décantation
Une filtration
Une
hydrodistillation
B
Pour récupérer une espèce
chimique solide, on effectue :
8
C
6
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La chromatographie ci-dessous
permet d’affirmer que :
9
L’un des réactifs
est encore
présent dans la
solution de
produit obtenu
1
0
Par rapport au chauffage
classique, le montage à reflux
permet :
D’augmenter la
température
d’ébullition du
milieu
réactionnel
1
1
Dans ce même montage à reflux,
le réfrigérant à eau permet :
D’éliminer les
impuretés
1
2
Après une synthèse, on réalise
parfois une chromatographie sur
couche mince. Cette technique
permet :
De purifier le
produit
synthétisé
Des impuretés
sont présentes
dans le produit
synthétisé
De ne pas
répandre dans
l’atmosphère
les vapeurs
formées
D’abaisser la
température du
mélange à
l’intérieur du
ballon
De vérifier la
présence et la
pureté de
l’espèce
synthétisée
Le produit
synthétisé est pur
B
De purifier les
espèces formées
B
De condenser les
vapeurs formées
C
D’isoler l’espèce
synthétisée du
mélange
réactionnel
B
Le produit
synthétisé est
vraisemblableme
nt de l’acétate
d’isoamyle pur
BC
Après la synthèse de l’acétate
d’isoamyle à partir de l’alcool
isoamylique, on réalise une
chromatographie sur couche
mince. On dépose :
En C, de l’acétate d’isoamyle pur
En A, de l’alcool isoamylique
1
3
En S, le produit synthétisé
En F, un sucre, le fructose
Le produit
synthétisé
contient encore
de l’alcool
isoamylique
L’extrait de
banane contient
du fructose
En B, un extrait de banane.
Après élution et révélation, on
obtient le chromatogramme
suivant :
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2)- Exercice 3 page 282 : connaître le matériel utilisé pour une synthèse.
3)- Exercice 5 page 282 ; nommer les étapes d’une synthèse.
4)- Exercice 9 page 284 : Le baume du Pérou.
5)- Exercice 13 page 286 : les texticaments.
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