Synthèse d’une espèce chimique

1Espèce naturelle, synthétique, artificielle

Définition. Une espèce chimique est naturelle si elle est présente dans la nature ; elle est synthétique si elle est fabriquée par l’être humain au cours d’une synthèse, c’est-à-dire d’une transformation chimique.

Propriété. Une espèce synthétique qui existe aussi dans la nature est rigoureusement identique à l’espèce naturelle : mêmes propriétés physiques et chimiques, donc mêmes effets. Une espèce synthétique qui n’existe pas dans la nature est dite artificielle (nylon, paracétamol).

Remarque. Intérêts d’une synthèse : produire de grandes quantités, à moindre coût, en préservant les ressources naturelles (${4\,\mathrm{t}}$ de pétales de rose pour ${1\,\mathrm{kg}}$ d’essence), et créer des espèces nouvelles.

2Les étapes d’une synthèse

Méthode — protocole d’une synthèse. quatre étapes, toujours dans cet ordre. Transformation (on mélange les réactifs et on chauffe, le plus souvent à reflux) $\rightarrow$ séparation (on isole le produit du reste du mélange : décantation, filtration) $\rightarrow$ purification (on élimine les impuretés : lavage, séchage) $\rightarrow$ identification (on vérifie la nature et la pureté du produit obtenu).

3Le chauffage à reflux

4Séparer et purifier

Définition. La décantation sépare deux liquides non miscibles : après repos dans une ampoule à décanter, le liquide de plus grande masse volumique $\rho$ forme la phase du bas. On ouvre le bouchon, puis le robinet.

Définition. La filtration sépare un solide d’un liquide ; le liquide recueilli est le filtrat. La filtration sous vide (entonnoir Büchner et fiole à vide) est plus rapide et le solide obtenu est plus sec.

Définition. Le lavage consiste à rincer le solide resté sur le filtre avec un liquide où le produit est peu soluble (souvent de l’eau glacée) : les impuretés solubles partent, le produit reste.

5Identifier l’espèce synthétisée

Définition. La chromatographie sur couche mince (CCM) sépare les espèces d’un mélange : l’éluant monte le long de la plaque et entraîne plus ou moins les espèces déposées.

Notation. Rapport frontal d’une tache : $R_f=\dfrac{h}{H}$ (sans unité, compris entre 0 et 1), où $h$ est la distance parcourue par la tache et $H$ celle parcourue par le front de l’éluant, toutes deux mesurées depuis la ligne de dépôt.

Propriété. Deux espèces identiques ont le même $R_f$ dans les mêmes conditions : deux taches à la même hauteur signalent, sauf coïncidence, la même espèce (une seconde CCM avec un autre éluant le confirme). Un dépôt qui ne donne qu’une tache correspond, a priori, à une espèce pure.

Propriété. On identifie aussi une espèce en comparant ses propriétés physiques aux valeurs de référence : température de fusion $\theta_{\text{fus}}$, température d’ébullition $\theta_{\text{éb}}$, masse volumique $\rho=\dfrac{m}{V}$, indice de réfraction.

Remarque. Un produit impur fond à une température plus basse et sur un intervalle de températures.

6Travailler en sécurité

7Savoir-faire du chapitre

8Exemples types