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.
Chimie de synthèse
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.
Quelle est la définition de la 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.
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.
Quels sont les objectifs de synthèse chimique ?
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.
Quels sont les types de synthèse chimique ?
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.
Quelles sont les 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.
Fig.1- chauffage à reflux
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.
Pierres ponces : chimie
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 synthétisé 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 : Produit de synthèse
À la fin de la synthèse, tu analyseras le produit obtenu pour l'identifier et de vérifier sa pureté.
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.
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.
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.
Protocole d'une synthèse chimique
Le protocole d'une synthèse chimique présente les étapes qui doivent être suivies pour obtenir un produit chimique à partir de matières premières.
Le protocole d'une synthèse chimique doit comprendre :
- des informations détaillées sur les réactifs et les équipements utilisés ;
- les conditions réactionnelles ;
- le suivi et le contrôle des intermédiaires et des produits finaux ;
- les méthodes d'analyse et de purification utilisées.
Exemple de synthèse chimique
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.
Réaction chimique : exemple
La réaction chimique peut s'écrire sous la forme :
$$ \text { linalol + anhydride acétique} \rightarrow \text { acétate de linalyle + acide acétique} $$
Pour réaliser une synthèse chimique, il faut suivre les étapes suivantes :
- 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
- https://www.britannica.com/science/chemical-synthesis
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