Synthèse d'espèces chimiques

 

I. La chimie de synthèse

1. Présentation

L'industrie chimique réalise souvent la synthèse d'espèces chimiques (certaine peuvent être extraites de produits naturels).Voici un tableau résumant la nécessité de la chimie de synthèse.
 

Secteurs d'activité

"Produit" naturel utilisé auparavant

Causes de sa substitution par un "produit" issu de l’industrie

"Produit" manufacturé de remplacement
performance supplémentaire

Agriculture

Engrais naturels (fumier, lisier).

Agriculture intensive
Non-contrôle de la quantité des éléments (N, P, K) apportés

  • engrais azotés: ammonitrate NH4NO3
  • ammoniac NH3
  • urée CO(NH2)2
  • engrais phosphatés
  • engrais potassiques

L'apport est bien mieux contrôlé

Habillement

Soie naturelle
Soie artificielle (dérivés de la cellulose) ou rayonne

Difficulté d'obtention de la matière première, maladie du ver à soie

Nylon: fibre régulière, élastique, résistante et peu onéreuse

Colorants d’origine végétale: garance ou indigo (pour teindre les pantalons)

Forte demande

Alizarine; coût du produit de synthèse moins onéreux.

Hygiène

Cendres et graisse

Manque d'efficacité

Savons: plus efficaces car les carboxylates des acides gras donnent des micelles…

Santé

Décoction de plantes: écorce de saule…

Obtention par synthèse de médicaments très efficaces.

Aspirine de synthèse: faible coût de production

Paracétamol : même effet analgésique mais pas d’inconvénient hémorragique ou acide.

Sport

Bois, métal

Manque de performance

Fibre de carbone, kevlar, plastiques, composites; plus souples ou plus résistants selon les cas.

2. Définition de la chimie de synthèse

La synthèse d'une espèce chimique est une transformation au cours de laquelle les réactifs mis en jeux conduisent à un produit dont l'espèce chimique est recherchée.

3. La chimie industrielle

La chimie industrielle de synthèse comporte essentiellement trois secteurs:

La chimie lourde

La chimie lourde est la chimie des grands volumes de production et des faibles coûts.

Exemple: Fabrication du polyéthylène (bouteilles de lait, sacs, emballages, etc...).

La chimie fine

La chimie fine est la chimie des produits élaborés. Elle permet la réalisation de molécules complexes à la mise au point longue et coûteuse. Elle est très utilisée en pharmacie.

Exemple: Fabrication de l'aspirine ou du paracétamol.

La chimie des spécialités

C'est une chimie intermédiaire entre la chimie lourde et la chimie fine. Elle permet la fabrication de produits courants (arômes, médicaments courants, parfums, colorants, lessives, etc...).
 

II. La réalisation d'une synthèse(Cliquer ici pour voir le TP)

1. Les conditions expérimentales

La réussite d'une synthèse dépend du respect des conditions expérimentales (température, pression, proportions des réactifs, catalyseurs, etc...). Leur respect est capital.

2. Un exemple de montage: Le chauffage à reflux

Certaines synthèses sont lentes à température ordinaire. Il est possible de les accélérer en chauffant le mélange réactionnel.

Lors d'un chauffage à reflux, un condenseur à eau (ou à air) empêche la perte de réactifs ou de produits par vaporisation.


Chauffage à reflux avec condenseur à eau.


 Chauffage à reflux avec condenseur à air.

3. L'extraction

Le produit obtenu en fin de synthèse se trouve dans le ballon mélangé avec d'autres espèces chimiques. Il est nécessaire d'isoler le produit en réalisant une extraction. Pour cela, on utilise différentes techniques:

A titre d'exemple, voici un résumé des techniques employées lors du TP "synthèse de l'acétate d'isoamyle".

Le lavage de la solution

Le lavage de la solution consiste à purifier le produit formé (ici un ester) et à éliminer l'acide en excès en ajoutant de l'hydrogénocarbonate de sodium et de l'eau.

La décantation

On ajoute au milieu une solution saturée de chlorure de sodium pour augmenter la densité de la phase aqueuse. De plus, l'acétate d'isoamyle est très peu soluble dans l'eau salée.
De ce fait la séparation entre les deux phases est facilitée.

Le séchage de la phase organique

Afin d'éliminer le peu d'eau susceptible d'avoir été retenue dans la phase organique, on fait agir un déshydratant. C'est l'opération de séchage. On filtre ensuite pour ne recueillir que la phase organique exempte d'eau.

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