LC13 : Stratégie de Synthèse

Bibliographie

• Manip (synthèse de l’aspirine) : La chimie expérimentale, 2. Chimie organique et minérale, Barbe

Prérequis

• Groupes fonctionnels
• Critère d’évolution spontanée, quotient réactionnel et constante d’équilibre
• Méthode de contrôle de pureté (banc Kofler et CCM)

Introduction

I. Synthèse organique

1) Définition

Def : Synthèse organique c’est une succession de réaction chimiques permettant d’obtenir un ou plusieurs produit d’interêt.

On va étudier ici la synthèse de l’aspirine, On donne l’équation bilan sur diapo.

On repère les groupes fonctionnels des réactifs et des produits (alcool, ester).

2) Protection et déprotection

Il se peut qu’une molécule du précurseur possède plusieurs groupes fonctionnels sensibles au même réactif, alors ils sont tous potentiellement sujets à réagir avec le réactif introduit. Il faut alors s’assurer que cela soit le groupe que l’on veuille faire réagir qui réagisse et pas l’autre. Pour cela on rajoute une étape à la synthèse : la protection. Elle consiste à transformer temporairement ce groupe en un autre groupe ne réagissant pas, ce nouveau groupe est appelé : groupe protecteur.

Il est nécessaire, une fois la réaction de synthèse terminée, de procéder à la déprotection du groupe caractéristique qui a été initialement protégé.

Ainsi, si l’on résume, le composé servant à créer le groupe protecteur doit :

• Réagir selectivement avec la fonction à protéger (pour protéger la bonne fonction).
• Qu’il existe une réaction de déprotection facilement réalisable.
• Etre tel que les étapes de protection et de déprotection aient un bon rendement.

Rq : Certains composés polyfonctionnels peuvent réagir de façon sélective : on dit que la réaction est chimiosélective. Dans ce cas, il n’y a pas besoin de protéger et de déprotéger les autres groupes de la molécule. ex : synthèse du paracétamol à partir du para-aminophénol, il n’y a que la fonction amine qui réagit avec l’anhydride éthanoïque.

3) Contrôle de pureté

Vérifions que notre protocole pour la synthèse de l’aspirine nous permet bien d’optenir le composé que nous souhaitons. Pour cela on fai Transition : Maintenant que l’on a vu comment réaliser une synthèse et donc comment obtenir le produit que l’on souhaite à partir de réactif, nous allons nous intéresser à la stratégie que l’on peut élaborrer pour améliorer celle-ci.

II. Stratégie d’optimisation de la synthèse

1) Contrôle de la vitesse

La première idée pour optimiser la synthèse est qu’elle soit la plus rapide possible. En effet on imagine bien qu’en industrie on veut faire le plus de produit possible en un minimum de temps. Ainsi on va jouer sur des facteurs cinétiques suivants :

• On augmente la température du milieu réactionnel. C’est ce que l’on fait dans la synthèse de l’aspirine où l’on fait un chauffage à reflux.
• On augmente la concentration des réactifs (cela entraîne plusv de choc).

On peut également utiliser un catalyseur adapté. Il permet d’augmenter la vitesse de formation d’un produit sans rentrer en compte dans l’équation bilan, il est régénéré ainsi on l’utilise en très faible quantité. Ainsi il a un coût d’utilisation quasi nul.

2) Déplacement d’équilibre

Pour avoir plus de produit, il faut déplacer l’équilibre dans le sens direct. Pour cela on peut soit rajouter des réactifs (comme on vient de le voir) mais cela à le désavantage de coûter plus cher. Une autre possibilité est d’éliminer des produits du mélange réactionnel. On peut le voir car si la concentration d’un produit diminue, le coefficient réactionnel Q devient inférieur à la constante d’équilibre K. D’après le critère d’évolution spontanée, le système évolue dans le sens direct.

Pour faire cela on utilise parfois une méthode particulière, je vais vous montrer un exemple classique :

Ex sur Diapo : Par exemple lorsqu’on réalise une acétalisation, le Dean-Stark va nous permettre de retirer l’eau produite au cours de la réaction, qui ne nous interesse pas.

3) Rendement

Maintenant que l’on a toutes les idées pour optimiser notre synthèse, il faut que l’on se donne un outil pour évaluer l’efficacité de cette synthèse. Cet outil c’est le rendement. C’est le rapport de la quantité de produit d’interêt obtenu par la quantité théorique que l’on pourrait obtenir si la transformation chimique était totale et qu’il n’y avait aucune perte lors des différentes étapes manipulatoires (transvasement, filtration, purification…).

On réalise le calcul pour la synthèse de l’aspirine en dressant le tableau d’avancement et on pèse l’aspirine obtenue.

4) Enjeux contemporain

On se pose de plus en plus de question sur la sécurité des personnes qui vont manipuler et sur les aspects environnementaux de la synthèse (chimie verte). Cela va motiver également le choix d’un protocole. On va faire en sorte que les produits que l’on utilise soit le moins toxique possible et diminuer la quantité de sous-produits et recycler les sous-produits que l’on forme.

On peut comparer avec tout ce qu’on a vu au cours de la leçon deux protocoles pour l’aspirine

Conclusion

12 principes de la chimie verte.

Diapo

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