stratégie de synthèse et sélectivité en chimie organique

STRATÉGIE DE SYNTHÈSE ET SÉLECTIVITÉ EN CHIMIE
ORGANIQUE
1. STRATÉGIE À ADOPTER LORS D'UNE SYNTHÈSE?
1.1 Étape préliminaire : avant l'expérience
Pour synthétiser un composé organique, il faut choisir :
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.
Le 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.
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.
- 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.

- Schéma :
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.
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.

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

c) amélioration de la séparation
Lorsque le produit synthétisé est très soluble dans la phase organique, on peut, pour améliorer la séparation :
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
- 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).
- 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

b) La distillation
- 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 de la température de fusion, par exemple, à
l'aide du banc Köfler
.
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
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.
La distillation est une méthode de purification des liquides fondée sur les différences de
température d'ébullition du produit et des impuretés.