L10 Synthétiser des molécules, fabriquer des nouveaux matériaux

L10
Synthétiser des molécules, fabriquer des nouveaux matériaux
Stratégie de la synthèse organique
Etape préliminaire
 Avant de commencer une synthèse, il est essentiel de rassembler suffisamment de données relatives aux
propriétés des réactifs, du produit, solvants et catalyseurs intervenant dans le mode opératoire :
 Solubilité, densité, états physiques, risques inhérents à la réaction mise en place,(réaction exothermique ou non),
durée de réaction, montage adapté à la réaction, …
 Si tout doit être mis en œuvre pour obtenir le meilleur rendement possible, il faut aussi prendre en compte : la
sécurité, le coût, l’impact sur l’environnement.
eau sortant
Mélange et réaction

réfrigérant à eau
Les réactions peuvent nécessiter un chauffage ; une élévation de
température accélérant la vitesse de réaction. Le chauffage à
reflux a un double but :


Permettre au mélange réactionnel d’évoluer avec la plus
grande vitesse possible en le portant à la température la plus
élevée possible, celle de son évolution ;
Condenser les vapeurs afin d’éviter toute perte de réactifs et
de produits.
Extraction
eau
rentrant
ballon
Mélange réactionnel
chauffe-ballon
On obtient un système chimique où le produit attendu est mélangé à d’autres espèces chimiques. Il faut alors l’isoler
par différentes méthodes :

La filtration simple ou sous vide d’un mélange solide-liquide ;

L’extraction liquide-liquide ;

La distillation fractionnée, qui permet de séparer deux liquides miscibles ayant des températures
d’ébullition différentes. L’espèce qui distille en premier est la plus volatile (Téb la plus basse).

Le séchage d’une phase organique liquide par ajout d’un sel anhydre (sulfate de sodium ou de magnésium)
permet d’éliminer des traces d’eau.

Le séchage d’un solide (élimination de l’eau), s’effectue à l’étuve ou à l’air.

La cristallisation d’un solide. C’est la formation du solide à partir d’une solution, par diminution de sa
solubilité suite à une variation du pH, de la température ou de la polarité du solvant. Elle est d’autant plus
facile à réaliser que la température est basse et que le solvant et le solide ont des polarités différentes.
La purification
Le produit brut contient encore des impuretés (jusqu’à 10%), que les étapes de purification éliminent partiellement
pour conduire au produit purifié (moins de 5% d’impuretés). Ces étapes sont :

La distillation ;

La chromatographie sur colonne ;

La recristallisation qui consiste a dissoudre le produit brut à chaud dans un solvant dans lequel il n’est pas
soluble à froid, les impuretés à éliminer étant, elles, solubles à chaud et à froid dans le solvant utilisé. En
refroidissant la solution, le produit attendu recristallise, laissant en solution des impuretés solubles.
L’identification

Le produit purifié est ensuite caractérisé par chromatographie (Rf) ou à l’aide d’un banc Kofler (θfus) , ou à l’aide
de spectres IR, RMN, température d’ébullition, indice de réfraction, masse volumique.

On détermine alors le rendement de la synthèse :
 xf
xmax
Son calcul nécessite la détermination du réactif limitant.
Ou rapport de la quantité de matière de produit obtenu après purification, à la quantité de matière théorique de
produit qui serait obtenu si la réaction était totale.
Sélectivité en chimie organique
 Un réactif chimiosélectif est un réactif qui transforme un ou plusieurs groupes caractéristiques d’une espèce
polyfonctionnelle sans modifier les autres.
Lors d’une réaction sélective, une espèce polyfonctionnelle réagit avec un réactif chimiosélectif. La sélectivité
d’une réaction dépend aussi des conditions expérimentales.
 Lorsque le réactif utilisé lors de la transformation chimique d’une espèce polyfonctionnelle n’est pas
chimiosélectif, on effectue la protection d’un groupe caractéristique pour obtenir le produit attendu. Cette
stratégie se déroule en trois étapes comme le montre l’exemple suivant.
 Le groupe caractéristique d’un amide d’un dipeptide se forme par réaction entre le groupe carboxyle d’un acide
α-aminé 1 et le groupe amino d’un autre acide α-aminé 2.
Pour synthétiser un dipeptide unique à partir de deux acides aminés, il faut réaliser successivement les étapes
suivantes :
 Protéger le groupe amino d’un acide aminé et le groupe carboxyle de l’autre ;
 Effectuer le couplage entre les groupes amino et carboxyle non protégés ;
 Déprotéger les groupes amino et carboxyle protégés lors de la première étape.