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.