Synthèse d'une espèce chimique

L’insuffisance des produits naturels et les besoins en produits spécifiques imposent le recours à la synthèse chimique. C’est le cas dans de nombreux domaines : pharmacie, agroalimentaire, cosmétique…

I Définition

La synthèse d’une espèce chimique est une transformation chimique au cours de laquelle des réactifs mis en jeu conduisent à un (ou des) produit(s) dont l’espèce recherchée. Lors d’une synthèse, certaines conditions expérimentales doivent être respectées : température, pression, proportions de réactifs…

Si l’espèce synthétisée est identique à une espèce naturelle, alors elle possède les mêmes propriétés physico-chimiques que celle-ci.

II Techniques expérimentales

La synthèse d’une espèce chimique s’effectue en plusieurs étapes.

Un chauffage à reflux (ci-contre) permet d’accélérer la réaction à température élevée. Le mélange réactionnel est maintenu à ébullition. Les espèces, transformées en gaz lors du chauffage, se condensent dans le réfrigérant vertical et refluent à l’état liquide dans le ballon ; ceci permet d’éviter toute perte de matière. Les produits se forment au sein du mélange réactionnel. L’agitation est nécessaire pour mélanger les réactifs et pour que le chauffage soit homogène.

Un traitement permet de séparer l’espèce synthétisée des autres produits. Plusieurs techniques sont possibles : une extraction (si l’espèce synthétisée est mélangée en phase liquide) ou une filtration (si l’espèce synthétisée est solide).

Une fois isolée, l’espèce chimique synthétisée doit être identifiée en déterminant certaines de ses caractéristiques physiques : température de changement d’état, densité, indice de réfraction en réalisant un test chimique ou en la comparant à une espèce de référence par chromatographie. Cette identification permet de vérifier sa pureté et de confirmer que la transformation attendue a bien eu lieu.

Méthode

1 Mettre en œuvre un montage de synthèse

On réalise la synthèse d’une espèce chimique en chauffant des réactifs en phase liquide. Parmi les trois dispositifs proposés, lequel faut-il retenir ? Argumenter clairement son choix.

Repère
Conseils

Observez les trois montages et comparez-les. Pensez à ce qui se passe lorsqu’on chauffe un mélange liquide de réactifs (pour obtenir le maximum de produit).

Solution

Le montage à choisir est le montage C. Au cours du chauffage, des vapeurs se forment qui s’échappent : on aura des pertes avec le montage A. Il est donc nécessaire d’avoir un réfrigérant pour condenser les vapeurs. L’eau de refroidissement doit circuler du bas vers le haut dans le réfrigérant, ce qui correspond au montage C, appelé montage à reflux.

2 Comparer une espèce synthétique et une espèce naturelle

La menthone est un des constituants de la menthe poivrée (10 % de l’huile essentielle). Elle peut aussi être synthétisée à partir du menthol obtenu par extraction de l’espèce végétale (50 % de l’huile essentielle). La chromatographie ci-contre a été obtenue en réalisant différents dépôts :

1. de menthone naturelle ;

2. de menthol naturel ;

3. d’huile essentielle de menthe poivrée ;

4. du produit de synthèse obtenu à partir du menthol.

Conseil

Pour la CCM, voir.

a. Comment voit-on la présence de menthone dans l’huile essentielle de menthe ?

b. Quelle est la nature du produit de synthèse ?

Solution

a. La chromatographie de l’huile essentielle (dépôt 3) montre une tache à la même hauteur que celle de la menthone : elle est donc présente dans l’huile essentielle.

b. La tache associée au dépôt 4 est à la hauteur de celle de la menthone : le produit de synthèse est donc de la menthone synthétique identique à la menthone naturelle.