CHAP 17- STRATEGIE DE LA SYNTHESE ORGANIQUE
ET SELECTIVITE EN CHIMIE ORGANIQUE
La synthèse d’une espèce chimique est la fabrication de cette espèce par une transformation chimique à partir de réactifs très différents des produits obtenus.
Une hémisynthèse est la synthèse chimique d’une molécule réalisée à partir de composés naturels possédant déjà une partie de la molécule visée.
Déjà au XIXe siècle, Marcellin Berthelot constate que le chimiste est capable de synthétiser les produits de la nature. A l’heure actuelle, le chimiste peut aussi créer de nouvelles molécules.
Depuis des dizaines d’années, la plupart des espèces organiques nécessaires à notre vie quotidienne sont synthétisées à partir de molécules extraites du pétrole.
Ces espèces peuvent-elles être produites dans la perspective du développement durable ?
I Stratégie de la synthèse organique(voir AE20 et 21)
1. Réalisation de la transformation
Mélange réactionnel : réactifs, solvant, catalyseur, éventuellement une solution tampon (contrôle du pH) Les réactifs peuvent être dans les proportions stœchiométriques ou bien l’un des réactifs est en excès, en principe le moins onéreux.
Le solvant permet de solubiliser les réactifs pour qu’ils soient en contact et de contrôler la température du milieu.
Le catalyseur permet d’accélérer la transformation et est introduit en petite quantité.
Le montage à reflux permet de chauffer le mélange tout en évitant les pertes par évaporation.
Certaines réactions ne nécessitent pas de chauffage ; on peut avoir à refroidir dans un bain d’eau froide ou glacée.
Le protocole doit faire apparaître ces informations ainsi que la durée de la réaction et les précautions à prendre pour manipuler les espèces chimiques en toute sécurité.
Schéma de synthèse : résumé du protocole
L’équation chimique ne prend en compte que les réactifs et les produits finaux. Elle ne montre pas les étapes intermédiaires, les catalyseurs, les conditions. D’où le schéma de synthèse :
2. Isolement du produit brut ou extraction
Il consiste à séparer le produit des autres espèces chimiques. Il conduit au produit brut. Deux possibilités :
le produit est un liquide : voir AE 20 (ampoule à décanter pour extraction liquide-liquide) le produit est un solide : voir AE 1S (filtration Büchner pour extraction solide-liquide)
Le lavage à l’eau permet d’entrainer les espèces chimiques solubles dans l’eau (polaires ou ioniques) et les ions.
Le relargage : on sature la solution aqueuse avec des ions (sel par exemple) pour diminuer la solubilité du composé organique dans la phase aqueuse.
Le séchage : les composés solides anhydres sont des desséchants qui absorbent les traces d’eau restant dans la phase organique.
Réactifs secondaires Conditions expérimentales :
catalyseur, pression, température, solvant, durée
produit de la transformation réactif principal de la
3. Purification
C‘est l’élimination des traces d’impuretés qui sont mélangées au produit brut : par recristallisation si le produit est solide
par distillation si le produit est liquide
4. Analyse du produit obtenu
mesure de températures de changement d’états.
mesure de l’indice de réfraction ou de la masse volumique spectroscopie IR ou RMN chromatographies
5. Rendement de synthèse
C’est le quotient, exprimé en pourcentage, de la masse du produit obtenu par la masse du produit qu’on aurait dû obtenir si la réaction était totale et la synthèse parfaite.
n produit puri ié et sec
n attendue du produit, si réaction totale
Si la synthèse se fait en plusieurs étapes, le rendement global est le produit des rendements de chaque étape.
Voir tableau récapitulatif page 502
II Apport de la chimie au respect de l’environnement
1. Chimie verte
(exercice résolu page 450 et activité page 446)Les 12 principes : voir document 2 page 448
Cinq domaines : matières premières renouvelables, solvants en petites quantités et non toxiques, consommation faible d’énergie, réduire les déchets et les recycler, produits biodégradables et sûrs. L’économie d’atomes (EA) ou utilisation atomique (UA) :
i i i ii
réactif
M
a
désirés
produits
M
b
EA
)
_
(
.
)
_
(
.
où ai et bi sont les nombres stœchiométriques
2. Valorisation du dioxyde de carbone
(exercices 9 et 13 page 453-454)C’est un gaz à effet de serre. Pour limiter son impact : Séquestration souterraine
Captation par des organismes photosynthétiques Utilisation comme solvant neutre.
III Comparaison de protocoles
(exercices n°16 et 17 page 456)Mettre en parallèle les 2 protocoles en envisageant :
coût des réactifs et du montage, toxicité, quantité de solvant, économie d’atome : à minimiser rendement : à maximiser
IV
Un c 3-m Pou carb carb La n En chim Pou qui Exe L’an prés Il fa Pou Au v Exe Lors obti On Pou Le pSélectivit
1. Compo
composé es méthylhex-4-ur nommer boxyle » et boxyle). Do nommer.2. Réactif
synthèse o mique, les d ur ne faire r réagira pré emple 1 : sy nhydride ac sentes dans ut détermin ur cela, repé vu du produ emple 2 : sy squ’on fait ent la molé veut savoir ur cela, on trouv on iden on rega permanganaté en Chi
osés polyfo
st dit polyfo -èn-1-ol la troisièm t « amine nc c’est unf chimiosél
organique, différentes fo réagir qu’un éférentielle ynthèse du p étique est c s le para-am ner le « bonérer les site uit obtenu, t ynthèse de l réagir du cule suivan si le perma ve la formul ntifie la prés arde si tous ate de pota
mie orga
onctionnels
onctionnel p me molécule »). Puis on acide carbolectif
on utilise onctions d’u ne fonction ement avec paracétamo chimiosélec minophénol » mécanism s accepteur trouver la fo ’acide 3-ox permangan nte : anganate de le topologiq sence (ou no les groupes assium est-ianique
s
s’il possèd para-amino e, on ident n repère la oxylique ave souvent de une même de la molé c une des f olctif car il réa . me réaction rs d’électro onction du p xobutanoïqu nate de po e potassium que du deux on) de grou s ont réagi. l chimioséle e plusieurs phénol
tifie les gro chaîne ca ec dérivés « es compos molécule so écule polyfo fonctions d agit préféren nnel … (flèc ns dans la m para-aminop ue otassium su m est chimio xième réact upes fonctio ectif ? s groupes oupes fonc arbonée la « amino » e sés polyfon ont suscept onctionnelle de la moléc ntiellement a che rouge o molécule d’ phénol privi ur du 3-hyd osélectif. tif, le 3-hydr nnels. caractérist ………… ctionnels pr plus longu et « hydroxy nctionnels. A tibles de réa , on utilise cule. avec une de u bleue ?) ’anhydride a ilégiée par l droxybutana roxybutanal tiques : ……… résents (« e (elle con y ». Ainsi, lors agir. un réactif es deux fon acétique. l’anhydride al on l. ………. hydroxyle ntient le gro d’une réac chimioséle nctions acétique. », « oupe ction ectif
Déf Une préf Le c En e Exe Lors néc Cet fonc Le c - réa - êtr - po - êtr sup Exe inition : e réaction e férentiellem choix du réa
effet les con
emple : réac
3. Protect
s de certain essaire, po te protectio ctionnel ne composé se agir sélectiv re stable lor ouvoir être e re tel que le plémentaire emple : Lors est sélectiv ment avec actif ne déte nditions exp ction de la stion de fon
nes synthès our empêch on consist e réagissan ervant à cré vement ave rs des réact enlevé (clivé es étapes de es) squ’on prése ve lorsque, le réactif co ermine cepe périmentale soude avecnction
es au cours her un grou te à transfo nt pas, app éer le group ec la fonctio tions suivan é) facilemen e protection ente deux a parmi plus onsidéré. Ce endant pas es peuvent a l’aspirine s desquelles upe fonctio ormer temp pelé groupe e protecteu n à protége ntes nt une fois l n et de dépr acides α-am sieurs fonct e réactif est toujours la aussi interv À tem réag Lors excè s on ne peu onnel de ré porairemen e protecteu ur doit : er a réaction t rotection aie minés, deux tions d’une t alors dit ch sélectivité enir. mpérature a it. d’un chauf ès, les 2 fon ut recourir à éagir, de pr nt ce group ur (GP). terminée ent un très b réactions p même mo himiosélec ou la non-s ambiante se ffage à reflu nctions réag à une réacti rotéger ce g pe fonction bon rendem peuvent avo olécule, l’un ctif. électivité d’ eule la fonc ux avec de l gissent. on sélective groupe fon nel en un a ment (2 étap oir lieu : ne d’elle ré ’une réactio ction phénol a soude en e, il est alor nctionnel. autre group pes éagit on. n rs peAins P s p v si, la seule Pour finir ce sont ensuite produit final voir activité réaction po ette synthès e clivés de l l. 6 pages 49 ssible devie
se, les deux leur position 96 et 497 : S ent : x groupes p n et on récu Synthèse p protecteurs upère le eptidique