Synthèse et stratégies
Les principaux montages
Les Principales ETAPES
1-SYNTHESE
Montage à reflux
L'élévation de température et donc d'agitation moléculaire, accélère la réaction chimique : l'équilibre est ainsi plus vite atteint : le montage à reflux permet d'augmenter la température( chauffe ballon ) sans perte par liquéfaction des vapeurs à l'aide du réfrigérant ( droit, boule, serpentin..)
Augmentation de l'agitation thermique
2-EXTRACTION
A-Distillation simple
La distillation est un procédé de séparation des constituants miscibles entre eux d'un mélange selon leur température d'ébullition différents : le plus volatile ( T eb la plus faible ) s'évaporant en premier, il est recueilli condensé ; Les températures des paliers d'ébullition sont caractéristiques des produits
D-Distillation fractionnée
Lorsque deux composés de faible écart de Teb doivent être distillés, il faut utiliser une colonne de distillation ( de Vigreux)
- La colonne doit être d'autant plus grande que les produits à séparer ont des températures d'ébullition proches
- Elle doit-être d'autant plus petite qu'on a peu de produit à distiller (pour minimiser les pertes)
On utilise alors aussi un séparateur de fraction qui permet d’isoler le produit, et d’éliminer les autres résidus du distillat (avant et après). Avec un séparateur à trois ballons ( pie de vache ) on recueillera une fraction de tête (impuretés + un peu de produit), une fraction centrale (celle qui nous intéresse), et une fraction de queue (impuretés).
B-Dean-Stark
L'extraction d'un produit de réaction du mélange réactionnel par un solvant formant un mélange azéotropique permet le déplacement d'équilibre dans le sens de formation du produit. Le Dean Stark permet d'extraire, de condenser et de réintroduire le solvant dans le ballon.
Un appareil de Dean-Stark se place entre le ballon et le réfrigérant. L’appareil lui-même est rempli avec le même
solvant que le réacteur.
Lorsque la réaction se fait et qu’elle libère un produit que l’on souhaite éliminer (de l’eau en général), on choisit un solvant moins dense que le produit et qui, lorsqu’il passe en phase gaz entraîne ce produit avec lui dans la phase gaz, mais qui en phase liquide reste séparé du produit. On dit que le produit et le solvant forment un mélange
hétéroazéotrope.
Ainsi, lorsque la réaction se fait à la température d’ébullition du solvant, le produit est entraîné par le solvant en ébullition, puis l’ensemble
se condense dans le réfrigérant et retombe dans l’appareil de Dean Stark. Comme en phase liquide le produit et le solvant sont non miscibles, et que le produit
est plus dense, il tombe au fond de l’appareil et seul le solvant ‘déborde’ et retombe dans le ballon.
Les graduations dans l’appareil permettent de connaître à tout moment le volume de produit formé et éliminé. Le robinet permet d’enlever ce produit avant qu’il ne
déborde.
H-Hydrodistillation
Basé sur l'entrainement par la vapeur d'eau de composés non miscibles à l'eau permet d'extraire du milieu le produit de la synthèse , déplaçant ainsi l'équilibre (vers la droite) dans le sens de sa formation, augmentant ainsi le rendement
G-Ampoule à décanter
Basé sur la séparation de composés liquides non miscibles entre-eux formant 2 phases de densité différentes : une Phase
ACQUEUSE ( polaire ) et une phase ORGANIQUE ( apolaire ) : les densités de chaque phase permet de les situer : la phase la plus dense
constituera la phase inférieure et la moins dense , la phase supérieure. Elle est aussi utilisée lors des extraction liquides-liquides ( I2 dans CuSO4)
C-Distillation sous pression réduite
Si les températures ne sont pas trop élevées (T < 120°C), une distillation sous pression atmosphérique suffit. Par contre, si la température des composés devient trop importante, il faut recourir à un artifice : diminuer la pression. En effet, si la pression diminue, la température d'ébullition (Teb) d'un liquide diminue aussi.
Sous pression réduite, on travaillera sous la pression d'un trompe à eau (environ 25 mm Hg).
E-Evaporateur Rotatif
Cet appareil
permet d’éliminer rapidement un solvant volatil par évaporation. Le principe est basé sur l’abaissement du point d’ébullition en abaissant la pression. Le solvant est ensuite
condensé dans le ballon de récupération
F-Filtration simple
Basé sur la séparation Liquide
-Solide de composés non miscibles dont l'un est solide. Les particules solides sont retenues par le filtre. Le filtrat obtenu est recueilli dans le bécher .
F-Filtration sous vide
La filtration sous vide permet d'extraire de manière plus poussée, d'assécher le composé à l'aide d'une aspiration d'air à l'aide d'une pompe à eau. Le filtre, humidifié et posé sur du verre frité, filtre de manière plus poussée. L'eau entraine l'air qui crée une dépression sous le filtre büchner qui "aspire" le solvant.
3-PURIFICATION
A-Recristallisation
La recristallisation est une technique de purification basée sur la solubilité dans un solvant de composés A ( à extraire ) et d'impuretés B ( sur lequel nous ne portons pas d'intérêt ) en fonction de la température. Nous choisirons un solvant dans lequel les impuretés B sont solubles à chaud ET à froid tandis que A ne sera soluble qu'à Chaud, cristallisant ainsi à froid !
Le mélange A + B sera chauffé dans un peu de solvant puis refroidi et lavé lentement à l'aide d'un solvant à froid. Les impuretés B seront solubles et entrainées dans le solvant à froid tandis que A cristallisera et sera filtré sous vide puis séché.
B-Séchage
Le séchage peut s'effectuer mécaniquement ou chimiquement
Etuve
Four permettant l'évaporation d'eau contenu dans le composé synthétisé
Desséchant
L'ajout de composé solide anhydre et donc hydrophyle permet d'extraire l'eau d'une solution par formation de MgSO4,7H2O hydraté. Le solide est ensuite extrait par filtration.Le filtrat est alors exsangue d'eau
Ex: Le Sulfate de magnésium anhydre, MgSO4 est un excellent et rapide desséchant !
4-ANALYSE
Le bon déroulement de la synthèse de composé doit toujours être vérifiée
A-CCM
La chromatographie sur couche mince ( CCM) permet la séparation des constituants d'un mélange par capilaritré : les constituants entrainés
par la phase mobile ( éluant) sont retenus par la phase fixe ( plaque de silice ) : les hauteurs d'élution différent selon leur affinité avec le solvant/ silice
B-CLC
La chromatographie sur colonne permet l'extraction et la séparation des constituants d'un mélange par capillarité sous l'effet de la gravité : les constituants entrainés par la phase mobile ( solvant ) sont retenus par la phase fixe ( silice ) : leur temps de retention différents permet leur séparation
C-Réfractomètre d'Abbé
L'indice de réfraction, n est une des propriétés caractéristiques des composés . La détermination de sa valeur corrigée en température permet de confirmer l'espèce synthétisée et de contrôler sa pureté
D-Banc Koffler
La détermination de la température de fusion d'un composé solide à l'aide du Banc Koffler est possible par comparaison avec un produit pur et après étalonnage à l'aide de composés étalons ( Tf étalon proche de T fus du composé )
E-Piège à vapeurs acides ou Barboteur
Parfois, le milieu réactionnel dégage des vapeurs acides (HCl, HBr, ...). On utilise alors un piège à acide en faisant barboter les vapeurs dans une solution aqueuse qui la neutralise.
Le gaz ou la vapeur sort d’un montage tel qu’un réacteur et passe par le premier flacon, le flacon de garde, puis par le second flacon, le flacon laveur.
Le flacons de GARDE, 1, est nécessaire pour s'assurer que le liquide ne retourne pas dans le réacteur où a lieu la réaction par dépression dans le cas de refroidissement, par ex.
Il possède un tube interne court.
Le flacon LAVEUR, 2, est utilisé pour laver, sécher (piège à humidité), éliminer (piège à gaz), récupérer, estimer le débit des gaz produits lors d'une réaction chimique en les faisant passer dans un liquide spécifique.
Il possède un tube interne long
Les flacons laveurs sont construits sous la forme de bouteilles en verre ou de récipients cylindriques qui contiennent un tube par lequel arrive le gaz. Le tube plonge dans un liquide remplissant jusqu'à un tiers du volume du flacon. Le tube peut contenir à son extrémité une plaque de verre fritté pour une meilleure dissipation du gaz.