Synthèse d’espèces chimiques organiques

Objectif

Connaître la structure de l'atome, les notions de numéro atomique et de masse, et comprendre la différence entre isotopes, ions et atomes neutres.

Pourquoi c'est important&n

La synthèse chimique au laboratoire

Une synthèse est l'ensemble des étapes de fabrication d'une espèce chimique au laboratoire. Elle comprend plusieurs étapes essentielles pour obtenir le produit désiré.

Le prélèvement des réactifs

Le prélèvement des réactifs nécessite d'avoir lu au préalable les pictogrammes de danger et les consignes de sécurité associées. Si le réactif est solide, on pèse sa masse $\rm m$. S'il s'agit d'un soluté, on mesure le volume de solution. S'il s'agit d'un liquide, on peut soit peser sa masse $\rm m$ ou mesurer son volume $\rm V$.

La transformation chimique

La transformation chimique et ses conditions de réalisation sont cruciales pour le succès de la synthèse. Le chauffage permet d'accélérer la transformation chimique. Le chauffage à reflux permet de chauffer le milieu réactionnel sans pertes de matière par vaporisation dans le réfrigérant qui liquéfie les vapeurs. Pour que les réactifs se rencontrent, le solvant est important. D'autres facteurs jouent aussi un rôle comme l'agitation, l'ajout d'un catalyseur, etc.

L'isolement du produit

L'isolement dépend de la nature physique du produit obtenu :

Isolement d'un produit solide

S'il s'agit de l'isolement d'un produit solide, on réalise une filtration sous vide.

Isolement d'un produit liquide

S'il s'agit d'un produit liquide, on utilise une ampoule à décanter pour réaliser une extraction liquide-liquide.

L'extraction liquide-liquide consiste à extraire une espèce présente dans un solvant $\rm S_1$ par un autre solvant $\rm S_2$. Ce solvant $\rm S_2$ est non miscible avec $\rm S_1$, l'espèce à extraire y est plus soluble que dans $\rm S_1$ et il respecte les règles de sécurité et d'environnement. Pour procéder à l'extraction, on utilise une ampoule à décanter.

L'analyse du produit

L'analyse permet l'identification de l'espèce chimique obtenue et le contrôle de sa pureté. On peut mesurer une caractéristique physique comme sa température de fusion pour un solide avec le banc Köfler ou sa masse volumique pour un liquide. On peut aussi réaliser une chromatographie sur couche mince ou encore utiliser des méthodes spectroscopiques (spectres IR).

La purification

La purification consiste à éliminer les impuretés ou des traces de solvant contenues dans le produit recherché afin d'avoir un produit pur. On peut réaliser une distillation fractionnée pour séparer les constituants d'un mélange de liquides miscibles ayant des températures d'ébullition très différentes.

Un produit brut solide peut être purifié par recristallisation, technique basée sur les différences de solubilité dans un solvant du produit recherché et des impuretés en fonction de la température.

Le rendement de synthèse

On définit le rendement par le quotient de la quantité de matière $\rm n_P$ de produit effectivement obtenue sur la quantité de matière $\rm n_{max}$ attendue. Ce rendement noté $\eta$ s'exprime en pourcent.

$$\rm \displaystyle \eta = \frac{n_P}{n_{max}}$$