Synthèses d'espèces chimiques organiques

I. Notion de synthèse d'une espèce chimique

1. Définition

• La synthèse d'une espèce chimique est une transformation chimique au cours de laquelle les réactifs mis en jeu aboutissent à un ou plusieurs produit(s), dont l'espèce chimique recherchée.

• Remarque : il est conseillé de réviser la fiche suivante :

Modélisation de l'évolution d'un système chimique : notion d'avancement

2. Propriétés

• Le succès d'une synthèse dépend du respect de certaines conditions expérimentales, notamment la pression, la température, la proportion des réactifs, etc.

• Si l'espèce chimique synthétisée est identique à une espèce chimique présente dans la nature, alors celle-ci possède les mêmes propriétés physico-chimiques que l'espèce naturelle.

3. Conditions expérimentales

• On doit connaître la masse ou le volume des réactifs avant de les introduire dans le ballon afin de déterminer leurs quantités de matière respectives à l'état initial. En effet, ces quantités de matière doivent être déterminées afin de connaître la quantité de produit susceptible d'être formée. Cela se fait au moyen d'un tableau d'avancement de la synthèse étudiée, avec lequel on détermine le réactif limitant et la quantité de matière maximale de produit susceptible de se former.

• Dans une synthèse organique, on utilise souvent un le montage à reflux :

  $\circ\quad$ $\textcolor{purple}{\text{(a)}}$ : c'est le réfrigérant ;

  $\circ\quad$ $\textcolor{purple}{\text{(b)}}$ : c'est le ballon dans lequel on introduit les réactifs ;

  $\circ\quad$ $\textcolor{purple}{\text{(c)}}$ : c'est le chauffe-ballon.

  $\circ\quad$ Le choix d'un solvant est également important, il permet la mise en contact des réactifs.

II. Protocole expérimental d'une synthèse

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

• Certaines synthèses sont lentes à température ambiante. L'utilisation d'un chauffage à reflux permet d'accélérer la transformation chimique à température élevée :

  $\circ\quad$ Le mélange réactionnel est maintenu à ébullition ;

  $\circ\quad$ Les espèces chimiques qui se vaporisent lors du chauffage se condensent (plus exactement se liquéfient) grâce au réfrigérant vertical et refluent donc à l'état liquide vers le ballon ; ceci empêche la perte de réactifs ou de produit(s) due à la vaporisation.

  $\circ\quad$ L'agitation est nécessaire pour mélanger les réactifs et pour que le chauffage soit homogène.

• Pour séparer (ou isoler) l'espèce synthétisée des autres produits éventuellement formés, plusieurs techniques sont possibles :

  $\circ\quad$ Une extraction, si l'espèce chimique synthétisée est mélangée en phase liquide (plusieurs méthodes sont possibles) ;

  $\circ\quad$ Une filtration, si l'espèce chimique synthétisée est solide.

• Une fois isolée, l'identification de l'espèce chimique synthétisée doit être confirmée par le biais de ses caractéristiques physiques, en particulier :

  $\circ\quad$ Sa température de changement d'état ;

  $\circ\quad$ Sa masse volumique ;

  $\circ\quad$ Son indice de réfraction, par réalisation d'un test chimique ou par chromatographie ;

  $\circ\quad$ Par le biais de la spectroscopie à infrarouge.

• Cette confirmation a pour but de vérifier la pureté de l'espèce chimique synthétisée, de manière à vérifier que la transformation chimique s'est déroulée dans de bonnes conditions.

• Pour plus de détails, il est recommandé de lire les fiches suivantes :

  $\circ\quad$ Corps purs et mélanges ;

  $\circ\quad$ Identification d'une espèce chimique en solution ;

  $\circ\quad$ Solubilité et miscibilité d'espèces chimiques ;

  $\circ\quad$ Identification des molécules organiques.

III. Rendement d'une synthèse

• Définition :

  Le rendement d'une synthèse chimique permet de déterminer son efficacité. Il est égal au rapport de la quantité de matière (ou masse) réelle de produit formé sur la quantité de matière (ou masse) théorique maximale de produit attendu (s'il n'y avait aucune perte de rendement) :

  $\boxed{\eta = \dfrac{n_{\text{formée}}}{n_{\text{max}}} = \dfrac{m_{\text{formée}}}{m_{\text{max}}}}$

• Remarque :

  $\circ\quad$ Il n'a pas d'unité et est compris entre $0$ et $1$ ;

  $\circ\quad$ On peut aussi l'exprimer en pourcentage ($\%$).

  $\circ\quad$ Plus le rendement est élevé, plus la synthèse est intéressante.

• Les pertes de rendement peuvent avoir plusieurs origines : pertes de produit lors de diverses étapes de la synthèse (lavage, recristallisation, réaction non totale, etc.) ou réaction parasite. Le but lors d'une synthèse est donc de limiter le nombre de réactions nécessaires de façon à maximiser le rendement.

_{= Merci à shadowmiko / JBT pour avoir contribué à l'élaboration de cette fiche =}