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Synthèse chimique

La synthèse chimique, la construction de composés chimiques complexes à partir de composés plus simples. C'est le processus par lequel on obtient de nombreuses substances importantes pour la vie quotidienne. Elle s'applique à tous les types de composés chimiques, mais la plupart des synthèses concernent des molécules organiques.

Les chimistes synthétisent des composés chimiques présents dans la nature afin de mieux comprendre leurs structures. La synthèse chimique permet également aux chimistes de produire des composés qui ne se forment pas naturellement à des fins de recherche. Dans l'industrie, la synthèse est utilisée pour fabriquer des produits en grande quantité1.

  • Dans cet article, tu apprendras :

  • Tu apprendras ce qu'est une synthèse chimique.
  • Nous commencerons par expliquer les objectifs de la synthèse chimique.
  • Nous aborderons ensuite les types et les étapes d'une synthèse chimique.
  • Nous examinerons ensuite le protocole d'une synthèse chimique.
  • Enfin, nous verrons un exemple sur la synthèse chimique.

Synthèse chimique : définition

Ces synthèses ne se font cependant pas sans conséquences et il est devenu impératif d'évaluer et de réduire l'impact de la chimie sur l'environnement.

La synthèse chimique est le processus par lequel un enchaînement de réactions chimiques est réalisé afin de convertir un réactif en un produit ou plusieurs produits, parfois avec isolation de composés chimiques intermédiaires.

Elle permet de reproduire des espèces chimiques naturelles ou d’en créer de nouvelles (artificielles). Ces espèces sont souvent mieux adaptées, plus performances et moins chères que celles extraites.

Réaliser la synthèse d’un composé chimique, c’est obtenir ce dernier à partir d’autres composés grâce à des réactions chimiques.

Les espèces chimiques nécessaires à la synthèse sont appelées les réactifs de synthèse

Les espèces chimiques obtenues sont appelées les produits de la synthèse.

Synthèse chimique : objectifs

La synthèse permet également aux chimistes de produire des composés ne se formant pas naturellement à des fins de recherche. Dans l'industrie, la synthèse est utilisée pour fabriquer des produits en grande quantité.

Elle permet de :

  • Reproduire des espèces ou créer des nouvelles.
  • Augmenter la rentabilité (espèces moins chères)
  • augmenter la productivité et la qualité
  • préserver les ressources naturelles.

Espèces synthétiques

Les espèces synthétiques sont des espèces qui sont des copies de la nature. Elles existent dans la nature, mais on les synthétise quand même.

Si l'espèce chimique existe dans la nature, mais en quantité insuffisante ou que son extraction est coûteuse, alors la synthèse chimique permet de produire des espèces chimiques en grande quantité et moins coûteuses. On dit que c'est une espèce chimique synthétique.

On les synthétise afin :

  • D’économiser dans les ressources.
  • De gagner en productivité
  • De gagner du temps et d'argent

Espèces artificielles

Si l'espèce chimique n'existe pas dans la nature, alors la synthèse chimique permet de produire des espèces chimiques qui n'existent pas dans la nature, on dit qu'il s'agit d'une espèce chimique artificielle.

On les synthétise afin de :

  • économiser des ressources naturelles
  • améliorer des espèces existantes déjà
  • optimiser des espèces chimiques
  • satisfaire des besoins spécifiques.

Types de synthèse chimiques

On distingue trois types de synthèses.

Chimie lourde

C’est la synthèse d'espèces chimiques (produits) à partir des matières premières simples en grande quantité et à faible coût.

Exemple : matières plastiques, dérivés du pétrole, la soude ...

Chimie des spécialités

C’est la synthèse des substances chimiques de complexité moyenne et de coût modéré

Exemple : colorants et arômes

Chimie fine

C'est la synthèse des substances plus complexes, à coût élevé et en faible quantité.

Exemple : les médicaments, les parfums de grande qualité

Étapes d'une synthèse chimique

La synthèse chimique se déroule généralement en quatre étapes :

Prélèvement des réactifs

Lors de la prise de réactifs, il est nécessaire de faire attention aux consignes de sécurité, car certains produits sont dangereux, toxiques ou corrosifs.

  • Les liquides sont prélevés avec le matériel de mesure de volume nécessaire (fiole, pipette...)
  • Si le réactif est un solide, la masse est mesurée avec une balance.

Transformation chimique

Les substances que l'on veut synthétiser sont un des produits d'une transformation chimique entre au moins deux réactifs.

La technique généralement utilisée pour réaliser la transformation chimique est le chauffage à reflux.

Synthèse chimique chauffage à reflux StudySmarterFig.1- Chauffage à reflux commons.wikimedia

Le chauffage à reflux aide à augmenter la vitesse de la réaction (accélérant la synthèse) et d'éviter la perte des réactifs et des produits.

Les grains de pierres ponces permettent de réguler la température d'ébullition du mélange réactionnel.

Isolement et purification

À la fin de la synthèse, le produit de synthèse se retrouve avec d'autres espèces chimiques (excès de réactif, sous-produits de la synthèse, solvant, impuretés).

Pour isoler le produit synthétisé, on peut réaliser une filtration ou une extraction liquide-liquide.

  • Si le produit synthétise est solide, on va faire une filtration sous-vide (buchner) pour le séparer. On va laver pour enlever les impuretés, on le sèche à l'air (ou étuve).
  • Si le produit synthétisé est un liquide, on utilise une ampoule à décanter qui va relever deux phases.

Identification de l'espèce chimique synthétisée

À la fin de la synthèse, tu analyseras le produit obtenu pour l'identifier et de vérifier sa pureté.

a. Chromatographie sur couche mince

Une chromatographie sur couche mince (CCM) peut être réalisée, d'une part, pour vérifier si le produit de synthèse obtenu est celui souhaité et d'autre part pour vérifier sa pureté.

b. Mesure par ses propriétés physiques :

La solubilité, la densité, la masse volumique et température de fusion ou d'ébullition sont des propriétés physiques qui caractérisent le produit obtenu.

c. Autres méthodes d'identification

Pour un liquide, l'indice de réfraction est spécifique. Il se mesure à l'aide d'un réfractomètre.

La spectroscopie IR permet aussi d'identifier les espèces.

Synthèse chimique : exemple

Prenons la synthèse de l'acétate de linalol.

Tu vas faire réagir un alcool, le linalol, sur de l'anhydride acétique. Tu obtiendras de l'acétate de linalyle et de l'acide acétique.

La réaction chimique peut s'écrire sous la forme :

Protocole d'une synthèse chimique

Dans un ballon, introduis 7 ml d'anhydride acétique et 5 ml de linalol.

Mets le mélange à la légère ébullition. N'oublie pas de faire circuler l'eau froide dans le réfrigérateur.

Après 40 minutes, arrête le chauffage et isole le ballon.

Ajoute de l'eau pour détruire l'anhydride acétique.

Revenons maintenant à la troisième étape, d'extraction de l'acétate de linalyle à l'aide de l'ampoule à décanter.

Ici, nous avons deux phases : la phase aqueuse et la phase organique.

La phase organique contient de l'acétate de linalyle et de l'acide acétique.

Tu dois éliminer la phase aqueuse et conserver la phase organique.

Élimine l'acide acétique en ajoutant une solution d'hydrogénocarbonate de sodium.

Il ne reste plus que l'acétate de linalyle.

L'acétate de linalyle est récupéré et séché avec du sulfate de magnésium anhydre.

Maintenant, nous arrivons vers la dernière étape : Identification du produit synthétisé

Il est nécessaire de le caractériser grâce à ses propriétés physiques citées ci-dessus.

Une chromatographie sur couche mince peut être réalisée d'une part si le produit obtenu est celui désiré et d'autre part pour la vérification de la pureté du produit obtenu.

C'est tout ! Nous espérons que tu as maintenant une bonne compréhension de la synthèse chimique !

Synthèse chimique - Mots clés

  • La synthèse chimique est le processus par lequel un enchaînement de réactions chimiques est réalisé afin de convertir un réactif en un produit ou plusieurs produits.
  • La synthèse permet également aux chimistes de produire des composés ne se formant pas naturellement à des fins de recherche.
  • On distingue trois types de synthèses : chimie lourde, chimie des spécialités et chimie fine.
  • La synthèse chimique se déroule généralement en quatre étapes : prélèvement des réactifs, transformation chimique, isolement et purification et identification de l'espèce chimique.

References

  1. https://www.britannica.com/science/chemical-synthesis

Questions fréquemment posées en Synthèse chimique

La synthèse chimique est le processus par lequel un enchaînement de réactions chimiques est réalisé afin de convertir un réactif en un produit ou plusieurs produits, parfois avec isolation de composés chimiques intermédiaires.

La synthèse chimique se déroule généralement en quatre étapes : prélèvement des réactifs, transformation chimique, isolement et purification et identification de l'espèce chimique.

La synthèse chimique permet :

  • de créer des espèces qui n'existent pas dans la nature, ou de reproduire des espèces existantes à moindre coût.
  • de produire des substances répondant aux exigences de la population
  • de faire des progrès dans le domaine de la santé, de l'alimentation...


Une synthèse chimique est une transformation chimique car elle est un processus par lequel un enchaînement de réactions chimiques est réalisé afin de convertir un réactif en un produit ou plusieurs produits, parfois avec isolation de composés chimiques intermédiaires.

Questionnaire final de Synthèse chimique

Question

Comment convertir un groupe aldéhyde en groupe hydroxynitrile ?

Montrer la réponse

Réponse

Réaction avec l'acide cyanhydrique (HCN)

Montrer la question

Question


La synthèse organique concerne les composés organiques plus complexes qui sont importants mais moins courants dans la nature. Vrai ou faux ? 

Montrer la réponse

Réponse

True

Montrer la question

Question


La synthèse organique concerne les composés organiques plus complexes qui sont importants mais moins courants dans la nature. Vrai ou faux ? 

Montrer la réponse

Réponse

True

Montrer la question

Question

L'aspirine est fabriquée à partir de l'acide acétylsalicylique. Vrai ou faux ?

Montrer la réponse

Réponse

Faux - l'aspirine est fabriquée à partir d'acide salicylique. L'acide acétylsalicylique est le nom scientifique de l'aspirine.

Montrer la question

Question

Proposer pourquoi la synthèse organique permet de produire efficacement des médicaments et des pesticides.


Montrer la réponse

Réponse

La synthèse organique minimise le gaspillage des ressources naturelles et permet de produire des composés organiques à haut rendement.


Montrer la question

Question

En synthèse organique, la molécule à synthétiser est appelée ______ _____. En revanche, l'"échafaudage" à partir duquel la molécule est dérivée est appelé _____ ______.


Montrer la réponse

Réponse

En synthèse organique, la molécule à synthétiser est appelée le composé cible. En revanche, l'"échafaudage" dont est issue la molécule est appelé matière première.

Montrer la question

Question

La synthèse organique consiste à définir les étapes permettant de convertir le produit de départ en composé cible. Vrai ou faux ? 


Montrer la réponse

Réponse

True

Montrer la question

Question

Décris les deux règles essentielles pour décider de la ou des étapes de réaction les plus appropriées pour la synthèse organique.

Montrer la réponse

Réponse

Choisis la réaction comportant le moins d'étapes, tiens compte des réactifs et des conditions impliqués qui sont liés à l'étape ou aux étapes de la réaction choisie(s).

Montrer la question

Question

Cite deux exemples de voies de synthèse organique.


Montrer la réponse

Réponse

  • La synthèse de l'acide propanoïque à partir du 1-bromopropane
  •  la synthèse de la propylamine à partir de l'éthène

Montrer la question

Question

Les intermédiaires de la synthèse de la propylamine à partir de l'éthène peuvent être interconvertibles les uns des autres. Vrai ou faux ? 

Montrer la réponse

Réponse

Vrai - un haloalcane dérivé de l'éthène peut être converti en propanenitrile.

Montrer la question

Question


Quels facteurs doivent être pris en compte pour optimiser une voie de synthèse organique ?


Montrer la réponse

Réponse

Le coût des réactifs et de chaque étape, la toxicité des produits, la réduction du nombre d'étapes, la réduction du nombre de molécules secondaires (déchets), l'utilisation de catalyseurs ou certains changements de température.


Montrer la question

Question

Qu'est-ce que la rétrosynthèse ?

Montrer la réponse

Réponse

La planification d'une voie de synthèse organique à partir du composé cible (c'est-à-dire la dernière molécule des étapes).


Montrer la question

Question

Comment réalise-t-on l'hydratation des alcènes ?

Montrer la réponse

Réponse

Les alcènes sont traités avec de la vapeur à 300oC et 60-70 atm en présence d'acide phosphorique.








Montrer la question

Question

Quel est le produit de l'hydratation des alcènes ?

Montrer la réponse

Réponse

Alcool

Montrer la question

Question

Qu'obtient-on lorsqu'on oxyde un alcool ?

Montrer la réponse

Réponse

Un acide carboxylique

Montrer la question

Question

Pour convertir le 1-bromopropane en propaneamine, quelle est la réaction nécessaire ?

Montrer la réponse

Réponse

Une réaction avec un excès d'ammoniac éthanolique et de la chaleur.

Montrer la question

Question

Que trouve-t-on lorsqu'on hydrolyse des haloalcanes ?

Montrer la réponse

Réponse


Alcool


Montrer la question

Question

Lequel des produits chimiques suivants n'est pas le même que les autres ?

Montrer la réponse

Réponse


Propanenitril

Montrer la question

Question

Combien d'étapes faudrait-il pour synthétiser la propylamine à partir de l'éthène ?

Montrer la réponse

Réponse

étapes 

Montrer la question

Question

Combien de composés intermédiaires seront formés lors de la synthèse de la propylamine à partir de l'éthène ?

Montrer la réponse

Réponse

2 composés intermédiaires.

Montrer la question

Question

La synthèse organique concerne les composés organiques plus complexes qui sont importants mais moins courants dans la nature. Vrai ou faux ? 


Montrer la réponse

Réponse

Vrai

Montrer la question

Question

Seuls les groupes fonctionnels du composé cible doivent être identifiés pour permettre la transformation du produit de départ en composé cible. Vrai ou faux ? 


Montrer la réponse

Réponse

Faux - l'identification des groupes fonctionnels du matériau de départ est également cruciale pour tracer correctement la synthèse du composé.

Montrer la question

Question

Le propan-2-ol est l'intermédiaire dans la synthèse de l'acide propanoïque à partir du 1-bromopropane. Vrai ou faux ?

Montrer la réponse

Réponse


Faux: propan-1-ol est l'intermédiaire 

Montrer la question

Question

Proposer pourquoi la synthèse organique permet de produire efficacement des médicaments et des pesticides.


Montrer la réponse

Réponse

La synthèse organique minimise le gaspillage des ressources naturelles et permet de produire des composés organiques à haut rendement.

Montrer la question

Question

Quelle est l'équation de la combustion ?

Montrer la réponse

Réponse

Combustible + O→ CO2 + H2

Montrer la question

Question

Qu'est-ce que l'oxydation ?

Montrer la réponse

Réponse

Une réaction où quelque chose se combine avec l'oxygène.

Montrer la question

Question

Nomme les 3 choses nécessaires pour qu'un feu brûle.

Montrer la réponse

Réponse

Chaleur

Montrer la question

Question

Quels sont les types de réactions de combustion ?

Montrer la réponse

Réponse

  • La combustion complète.
  • La combustion incomplète.


Montrer la question

Question

Dans la combustion complète, un combustible est brûlé en excès_____

Montrer la réponse

Réponse

d'oxygène.

Montrer la question

Question

Complète la phrase suivante :

_________libère  beaucoup d'énergie thermique dans l'environnement.  

Montrer la réponse

Réponse

 la combustion complète

Montrer la question

Question

Dans le cas d'une combustion incomplète, le combustible est brûlé dans un environnement limité en_____

Montrer la réponse

Réponse

oxygène

Montrer la question

Question

la combustion incomplète est beaucoup moins efficace que la combustion complète et libère donc____

Montrer la réponse

Réponse

moins d'énergie.

Montrer la question

Question

Contrairement à la combustion complète, la combustion incomplète ne produit pas de dioxyde de carbone. En revanche, elle libère

Montrer la réponse

Réponse

monoxyde de carbone

Montrer la question

Question

Quelles sont les moyens de réduire les effets de la combustion des hydrocarbures sur l'environnement  ?

Montrer la réponse

Réponse

  • La désulfuration des gaz de combustion.
  • Les convertisseurs catalytiques.
  • les carburants alternatifs neutres en carbone.


Montrer la question

Question

Écrire la réaction de combustion du méthane :

Montrer la réponse

Réponse

CH4 + 2 O2 → CO2 + 2H2O 

Montrer la question

Question

Les gaz à effet de serre réchauffent la planète et contribuent au réchauffement climatique 

Montrer la réponse

Réponse

En piégeant la chaleur solaire,

Montrer la question

Question

Quel est le nom d'espèces nécessaires à la synthèse?

Montrer la réponse

Réponse

Réactifs de synthèse

Montrer la question

Question

Nomme les types de synthèse chimique

Montrer la réponse

Réponse

Chimie lourde

Chimie des spécialités 

Chimie fine

Montrer la question

Question

Cite les étapes de la synthèse chimique.

Montrer la réponse

Réponse

Prélèvement des réactifs Transformation chimique 

Isolement et purification

 Identification de l'espèce chimique.

Montrer la question

Question

Comment se forment les pluies acides ?

Montrer la réponse

Réponse

Le dioxyde de soufre réagit  avec l'oxygène et l'eau présents dans l'air pour former des pluies acides.

Montrer la question

Question

Indique le rôle des pierres ponces.

Montrer la réponse

Réponse

Les grains de pierres ponces permettent de réguler la température d'ébullition du mélange réactionnel.

Montrer la question

Question

Pourquoi utilise-t-on le chauffage à reflux?


Montrer la réponse

Réponse

Le chauffage a reflux aide à augmenter la vitesse de la réaction (accélérant la synthèse) et d'éviter la perte des réactifs et des produits.

Montrer la question

Question

Si le produit synthétisé est un liquide, on utilise ...................... qui va relever deux phases.


Montrer la réponse

Réponse

une filtration sous-vide

Montrer la question

Question

Si le produit synthétise est solide, on va faire ............... pour le séparer

Montrer la réponse

Réponse

une filtration sous-vide (buchner)

Montrer la question

Question

C'est quoi la désulfuration des gaz de combustion ?  

Montrer la réponse

Réponse

C'est une réaction entre les gaz de combustion avec de l'oxyde de calcium et de l'eau pour former du gypse .

Montrer la question

Question

Quels sont les éléments utilisées pour capter les gaz d'échappement  dans les convertisseurs catalytiques ? 

Montrer la réponse

Réponse

platine et rhodium 

Montrer la question

Question

Donne une définition de substances neutres en carbone

Montrer la réponse

Réponse

Les substances neutres en carbone sont des substances qui ne produisent aucune émission globale nette de dioxyde de carbone au cours de leur vie.

Montrer la question

Question

Lorsqu'on chauffe à reflux un mélange réactionnel :

Montrer la réponse

Réponse

La transformation est accélérée

Montrer la question

Question

Quels sont les exemples de carburants neutres en carbone ?

Montrer la réponse

Réponse

Les biocarburants et les carburants synthétiques .

Montrer la question

Question

À la fin de la synthèse, l'espèce chimique obtenue :

Montrer la réponse

Réponse

Est toujours pure

Montrer la question

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