Thème : Structure et transformation de la matière Cité scolaire André Chamson

Cours : stratégie de synthèse et sélectivité en chimie organique

I°) Les étapes de la synthèse organique

Pour réaliser un composé organique, le chimiste utilise différentes techniques qui lui permettent d’obtenir un produit pur avec un bon rendement à moindre coût.

Les 4 étapes essentielles d’une synthèse :

Étape 1 : la réaction

L’expérimentateur définit : - les réactifs à utiliser - le solvant à utiliser (il doit solubiliser les réactifs) - un catalyseur - les paramètres expérimentaux (température, pression, pH ...) - la verrerie (montages)

Montages à reflux Avec réfrigérant à eau Avec réfrigérant à air (économique)

Principe : chauffer sert à augmenter la vitesse de réaction (température = facteur cinétique) . Le réfrigérant évite les pertes de matières à cause de l’évaporation (les vapeurs se condensent sur les parois du réfrigérant et retombent, c’est le reflux)

Réaction Isolement Purification Analyse

Réfrigérant à boules

Entrée d’eauSortie d’eau

Chauffe ballon

Elevateur

Ballon à fond rond

Milieu réactionnel

Réfrigérant à air

Erlenmeyer

Milieu réactionnelBain Marie

Cristallisoir

Agitateur magnétique chauffant

Barreau aimanté

Étape 2 : isolement ou extraction

Après la réaction, le milieu réactionnel contient la molécule désirée ainsi que le solvant, le catalyseur … Il faut pouvoir les séparer, il y a alors 2 possibilités : soit le produit est solide, soit il est liquide.

Produit solide (extraction solide-liquide) Produit liquide (extraction liquide-liquide)Montage : filtration sur Büchner Montage : ampoule à décanter

L’écoulement de l’eau permet d’accélérer la filtration. Il faut utiliser un solvant extracteur dans lequel leproduit à extraire soit plus soluble.

Remarque : l’extraction avec l’ampoule à décanter doit être faite avec d’autres étapes : relargage, séchage et élimination du solvant utilisé (évaporateur rotatif).

Étape 3 : purification

La substance extraite contient encore quelques impuretés qu’il faut éliminer. Là aussi, 2 cas possibles si le produit est solide ou liquide.

Distillation

Distillation simple        Distillation fractionnée

Méthode de purification et de séparation des liquides basée sur la différence detempératures d’ébullition du produit et des impuretés. Le liquide le plus volatil est recueillien premier.

Recristallisation Méthode de purification des solide basée sur la différence de solubilité du produit et des impuretés dans un solvant.

Phase la plus dense

Phase la moins dense

Étape 4 : analyse

Cette étape permet de vérifier la qualité du produit obtenu. Plusieurs méthodes sont disponibles :

- mesure de la température de fusion au banc Kofler (si c’est un solide).- mesure de la température d’ébullition pour un liquide.- mesure de l’indice de réfraction.- mesure de la densité.- chromatographie sur couche mince (voir feuille CCM)- spectre UV/Visible, IR et RMN

Rendement η :

On appelle rendement η d'une réaction chimique le rapport entre la quantité de matière expérimentale nexp et laquantité de matière maximale nmax que l'on obtiendrait si la réaction était totale :

η=nexpnmax

ou bien η=mexpmmax

en %

Remarques : si η < 100 % c’est que : - soit la réaction est limité, - soit que la réaction est totale mais pas terminée - soit il y a eu des pertes lors des différentes étapes ...

II°) Sélectivité en chimie organique

Souvent les molécules possèdent plusieurs groupes caractéristiques : elles sont dites polyfonctionnelles.Lors d’une réaction chimique, plusieurs de ces groupes peuvent réagir.

Il y a 2 stratégies pour contrôler le groupe qui doit réagir : - la protection de fonction - la chimiosélectivité

a°) Réactifs chimiosélectifs

Un réactif est chimiosélectif s’il ne réagit qu’avec un groupe d’atomes caractéristique (ou fonction organique)

Exemples :

Ici KMnO4 n’est pas chimiosélectif

Ici Ag+ est chimiosélectif

g

g mol

mol

b°) Protection de fonction

Cette méthode consiste à protéger les groupes d’atomes caractéristiques que l’on ne veut pas faire réagir. Une fois la réaction terminée, une déprotection des groupes est effectuée.

Exemples : la synthèse peptidique

On veut faire réagir l’alanine et l’isoleucine

Étape 1 : protection de fonctions

Étape 2 : réaction

Étape 3 : déprotection