Transformation en chimie organique

« 19 – Transformation en chimie organique 1) MODIFICATION AU COURS D’UNE TRANSFORMATION EN CHIMIE ORGANIQUE Au cours d’une réaction la transformation de la molécule peut concerner : - ses groupes caractéristiques. CH3-CH2-OH + O2 → CH3-CO2H + H2O - sa chaine carbonée. Réaction de reformage : Réaction de craquage : CH3-(CH2)4-CH3 → CH3-CH2 -CH3 + CH3-CH=CH2 + Allongement de la chaine carbonée - : les deux simultanément. HO2C-(CH2)4-CO2H → + autres produits 2) LES GRANDES CATEGORIES DE REACTIONS EN CHIMIE ORGANIQUE 2.1 Exemple de réactions d’oxydo-réduction : échange d’électron Oxydant + n e- ⇄ réducteur MnO4 en milieu acide + 2 H+(aq) + 2 e- oxydation + 2 H+(aq) + 2 e- 2.2 Exemple de réactions acide-base : échange de protons H+. acide ⇄ base + H+ H2CO3 (aq) + H2O(l) ⇄ HCO - + H3O+(aq) 2.3 Les réactions de substitution La réaction de substitution est une réaction au cours de laquelle un atome ou un groupe d’atomes est remplacé par un autre. HO- + Cl OH + Cl- 2.4 Les réactions d’addition La réaction d’addition est une réaction où deux groupes d’atomes viennent se fixer sur des atomes liés par une liaison multiple. 2.5 Les réactions d’élimination Au cours d’une réaction d’élimination, une des simples liaisons de la molécule se transforme en une liaison multiple. Les deux groupes éliminés sont portés par des atomes de carbone adjacents et forment après élimination, une petite molécule (ici H2O). 1/6 3) OPTIMISATION D’UNE SYNTHESE 3.1 Optimisation de la vitesse de réaction Pour augmenter la vitesse de formation d’un produit dans une étape de synthèse, il convient d’agir sur les facteurs cinétiques : - chauffer le milieu réactionnel, en utilisant par exemple un montage de chauffage à reflux - augmenter la concentration des réactifs (généralement) ; - utiliser un catalyseur. 3.2 Optimisation du rendement Le rendement d’une synthèse augmente quand on introduit un réactif en excès.

C’est un cas de déplacement d’équilibre. L’élimination d’un produit au fur et à mesure de sa formation force l’évolution de la réaction dans le sens direct jusqu’à disparition complète du réactif limitant.

La réaction est totale et le rendement tend vers 1.

C’est un autre cas de déplacement d’équilibre. • Le rendement d’une synthèse  est : 𝒏𝒇 : quantité de matière finale de produit obtenu (en mol) 𝒏𝒇  = × 𝟏𝟎𝟎 𝒏𝒎𝒂𝒙 𝐧𝐦𝐚𝐱 : quantité de matière maximale de produit pouvant être obtenue (en mol)  : rendement de la synthèse (en %) • Le rendement d’une synthèse augmente : - par introduction d’un réactif en excès ; - par élimination d’un produit du milieu réactionnel au fur et à mesure de sa formation jusqu’à disparition complète du réactif limitant. Remarque : Pour pouvoir éliminer un produit par distillation au fur et à mesure de sa formation, il faut que sa température d’ébullition soit plus faible que celle des autres espèces chimiques présentes dans le milieu réactionnel. 4 LES ETAPES D’UNE SYNTHESE Le protocole expérimental détaille l’ensemble des étapes à effectuer pour synthétiser et isoler une molécule : (1) Mise en œuvre et réaction chimique : le mélange réactionnel est préparé en prélevant les réactifs en quantité connue avec le matériel adapté et en respectant les consignes de sécurité.

En fin de réaction, il y a dans le milieu réactionnel un mélange qui contient entre autre le produit recherché. (2) Extraction et récupération de l’espèce chimique recherchée par extraction liquide-liquide, filtration, cristallisation… (3) Purification de l’espèce synthétisée par distillation, recristallisation, chromatographie… (4) Analyse de l’espèce chimique synthétisée par CCM, mesure du point de fusion, UV, IR, RMN… Les paramètres expérimentaux permettent d’optimiser la synthèse : - utilisation d’un solvant pour rendre homogène le mélange réactionnel ; - utilisation d’un catalyseur et/ou augmentation de la température par chauffage à reflux ; - ajustement du pH pour avoir la réaction voulue ; - ajout d’un réactif en excès pour améliorer le rendement… L’intérêt économique de la synthèse prend en compte son rendement mais aussi son prix de revient global. 2/6 5 LES DIFFERENTES TECHNIQUES 5.1 Le chauffage à reflux Il permet de chauffer le milieu réactionnel et donc d’accélérer la réaction sans perte de matière. 5.2 Les techniques de séparation 5.2.1 L’extraction liquide-liquide : L'extraction liquide-liquide permet de transférer sélectivement des espèces présentes dans un solvant vers un autre solvant, non miscible au premier, dans lequel elles sont plus solubles.

De ces deux phases organique et aqueuse, la plus dense est toujours en dessous. NB.

Lorsque le produit synthétisé est très soluble dans la phase organique, on peut, pour améliorer la séparation, saturer la phase aqueuse en sels (par exemple Na+(aq) + Cl-(aq)) afin d’y diminuer la solubilité du produit organique.

Cette technique s'appelle le relargage. 5.2.2 La précipitation suivie d’une filtration Si la précipitation de l’espèce recherchée n’est pas spontanée, on peut la provoquer en jouant sur sa solubilité en faisant varier le pH, la température… On l’isole ensuite par filtration sous vide (avec Büchner). 5.3 La purification Elle permet d’éliminer les impuretés contenues dans le produit brut pour le purifier. Si l’espèce est solide, on peut réaliser une recristallisation. Si l’espèce est liquide, on peut faire une distillation. 5.4 L’analyse Les méthodes d’analyse permettent de caractériser le produit synthétisé et d’en contrôler la pureté. - mesure de la température de fusion pour un solide, - mesure de la température d’ébullition ou d’un indice de réfraction pour un liquide, - CCM - spectroscopie IR, UV 3/6 6) Sites donneurs et accepteurs de doublet d’électrons Un site donneur de doublet d’électrons peut être un doublet non liant, ou double liaison ou une liaison polarisée. Entourer en bleu le (ou les) site(s) donneur(s) : Un site accepteur de doublet d’électons peut être un atome portant une charge électrique partielle (ou non partielle) positive ou une lacune électronique. Repasser en rouge le site accepteur (il faut aussi identifier les lacunes électroniques lorsqu’il y en a) : Le formalisme de flèche courbe pour représenter un acte élémentaire. Un acte élémentaire dans un mécanisme réactionnel se représente par une flèche courbe allant du site donneur vers le site accepteur.

Cette flèche modélise la formation et la rupture de liaisons. Elle va toujours du site donneur δ- vers le site accepteur δ+. Ajouter les flèches courbes modélisant la réaction suivante : 7) Sélectivité en chimie organique Les molécules possèdent souvent plusieurs groupes fonctionnels : elles sont.... »