Qu’est-ce qu’une synthèse ?

Une synthèse permet de produire une espèce chimique à partir d’une ou plusieurs transformations chimiques. Elle permet soit de reproduire des espèces existantes déjà dans la nature soit d’obtenir de nouvelles espèces dites « artificielles ».

Les synthèses chimiques sont utilisées dans de nombreuses industries (comme par exemple l’industrie pharmaceutique) et sont réalisées grâce à plusieurs étapes.

Pourquoi avoir recours à une synthèse ?

Les synthèses chimiques sont réalisées tous les jours. On les utilise notamment dans l’industrie pharmaceutique, dans l’industrie cosmétique, dans l’industrie alimentaire ou même dans l’industrie textile.

Qu'est ce que l'industrie chimique ? L’industrie chimique

La synthèse permet d’obtenir des espèces naturelles qui serait aussi possible d’extraire mais elle présente de nombreux avantages pratiques par rapport à l’extraction :

  • Le coût de production est nettement plus faible (la culture, la récolte, l’utilisation de terres et de mains d’œuvres agricoles sont autant d’étapes qui peuvent donner aux substances naturelles un coût élevé).
  • Il est possible de produire plus rapidement les substances.
  • Les quantités obtenues peuvent être plus importantes.

Par ailleurs les espèces chimiques présentes dans la nature ne permettent pas toutes de répondre à nos besoins, il est souvent nécessaire de faire appel à des substances artificielles pour obtenir de nouveaux médicaments et de nouveaux matériaux.

Réalisation pratique d’une synthèse

Pour réaliser une synthèse chimique, il faut respecter plusieurs étapes :

  • Première étape de transformation des réactifs en produits.
  • Deuxième étape de récupération du produit.
  • Troisième étape de purification du produit.

Transformation des réactifs en produits : que faut-il pour une synthèse chimique ?

Pour réaliser une synthèse chimique, il faut :

  • Des réactifs : ce sont des espèces chimiques qui vont réagir ensemble pour former le produit. On doit choisir judicieusement les quantités de matière à utiliser.
  • Un réacteur : c’est le contenant où l’on place les espèces chimiques et où se déroule la réaction. Le réacteur peut être un récipient ou une plus grosse cuve (notamment dans l’industrie)
  • Définir des conditions expérimentales : il faut choisir les conditions de température, de pression optimale qui peuvent permettre de fabriquer plus de produits. On peut ajouter également un catalyseur pour accélérer la réaction.

Qu’est ce qu’un catalyseur ?

Un catalyseur est une substance qui accélère le temps d’une réaction chimique.

Le catalyseur possède plusieurs caractéristiques : il agit en faible quantité, il est retrouvé intact à la fin de la réaction chimique et ne modifie pas la réaction. Il ne fait donc pas partie des réactifs et des produits.

Il existe des catalyseurs chimiques comme par exemple le platine. Il existe également des catalyseurs biologiques : ce sont des enzymes.

Dans notre corps, de nombreuses réactions biochimiques sont catalysées par des enzymes (sinon ces réactions seraient trop lentes et incompatibles avec le fonctionnement du corps humain).

Les catalyseurs agissent dans des conditions de température et pression optimales, cependant certains catalyseurs peuvent agir dans des conditions extrêmes, c’est le cas d’une enzyme appelée taq polymérase qui provient d’une bactérie vivant dans des sources chaudes (thermus aquaticus) et capable d’agir a de très hautes températures.

Les « acteurs » de la réaction chimique

ElementRôle
RéactifsPermettent d'obtenir le produit
RéacteurContenant ou se déroule la réaction chimique
Conditions expérimentalesTempérature et pression doivent être judicieusement choisies
CatalyseurFacultatif- Permet de diminuer le temps de la réaction

Choisir les réactifs et prévoir les quantités de réactifs à utiliser

Une synthèse comporte au minimum une réaction chimique entre deux réactifs.

La première étape consiste donc à réunir ces deux réactifs ( A et B ) en des proportions optimales : ces proportions sont indiquées par les coefficients stœchiométriques (a et b) qui permettent d’équilibrer l’équation de réaction. Il faut comparer ces coefficients :

  • Si les coefficients sont les mêmes (début d’équation du type  A + B ou 2A + 2B ou 3A + 3B, etc…) alors il suffit de prendre des quantités égales de chacun des réactifs.
  • Si l’on a un coefficient qui est deux fois plus grand que l’autre (début d’équation du type A + 2B ou 2A + 4B ou 3A + 6B, etc…) alors il faut deux fois plus de réactif B que de réactif A.
  • D’une manière générale, si on a des coefficients a et b avec un début d’équation du type aA + bB alors pour n moles de réactif A il faut utiliser  n x b  moles de réactif B

Mesurer les quantités de réactif

Une fois les quantités de réactifs déterminées il faut mesurer une masse ou un volume correspondant à cette quantité.

Si le réactif est solide il sera pesé donc il faut trouver la masse correspondante: on utilise sa masse molaire et la relation m = M x n. Avec m en g, n en moles et M en g/mol.

Dans le cas d’un liquide c’est son volume qui est mesuré. Il faut dans un premier temps déterminer sa masse (toujours avec la relation m = M x m), puis son volume peut être obtenu en utilisant le volume molaire et la relation suivante : V= m/ρ.

Conditions de réalisation de la réaction chimique

La plupart des réactions chimiques sont plus rapides à température élevée donc les réactifs sont souvent chauffés.

Pour cela ils sont placés dans un réacteur de type ballon lui même inséré dans un chauffe-ballon et surmonté d’un réfrigérant qui permet de recondenser les vapeurs qui pourraient s’échapper.

Il arrive aussi souvent que l’on ajoute des substances qui catalysent la réaction pour que celle-ci se réalise plus rapidement.

Récupération du produit synthétisé

Le produit synthétisé est souvent mélangé à d’autres produits, à de petites quantités de réactifs non consommés ou encore au solvant. Il faut le séparer de ces autres espèces chimiques en faisant appel aux méthodes d’extraction et de séparation selon la situation rencontrée. Parmi les méthodes d’extraction les plus utilisées, on peut citer :

  • la filtration: cette méthode permet de séparer les particules solides présentes dans un liquide
  • La distillation : cette méthode permet de séparer les solvants volatils

Comment recupère-ton un produit en chimie ? La distillation, une méthode utile en chimie

Purification du produit synthétisé

Le produit obtenu peut être purifié pour qu’il soit exempt d’impuretés. Pour cela on peut utiliser les propriétés physico-chimiques des substances pour vérifier la pureté du produit (point de fusion, point d’ébullition…)

Calculer le rendement du produit obtenu

Une fois le produit obtenu on peut calculer le rendement de la synthèse chimique.

Dans l’industrie on essaye au maximum de se rapprocher du rendement optimal.

Pour calculer un rendement, on divise la quantité de produit obtenu par la quantité de produit que l’on pourrait obtenir lors d’une synthèse totale.

Rendement = quantité de produit obtenu/quantité de produit total

Le rendement n’a pas de grandeur mais on peut le transformer en pourcentage en multipliant le résultat par 100

Exemple d’une synthèse chimique : l’aspirine

Qu'est ce que l'aspirine ? L’acide acétylsalicylique

L’utilisation des feuilles de saule pour traiter les douleurs et la fièvre remonte à plusieurs millénaires : déjà les sumériens utilisaient cette plante pour se soigner.

Au XIXème, un chimiste italien du nom de Fontana isole le principe actif du saule, qu’il nomme salicine.

En 1897, un chimiste travaillant pour la compagnie Bayer met au point un procédé de synthèse industrielle de l’acide acétylsalicylique : l’aspirine est née. 

Elle fut commercialisée dès 1899 pour ses propriétés antalgiques, anti-inflammatoires et même anti-coagulantes.

De nos jours, la synthèse de l’aspirine se fait en plusieurs étapes. L’aspirine est un des médicaments antalgiques les plus vendus au monde puisqu’il s’en écoule chaque année près de 25 milliards de comprimés.

Son utilisation s’est élargie au traitement des maladies cardio-vasculaires en raison de ses propriétés anti-coagulantes.

Le saviez-vous? La prise d’anti-inflammatoires dits « Non Stéroïdiens » comme l’aspirine est déconseillée pour les personnes fragiles de l’estomac. L’aspirine, en effet, bloque les molécules responsables de la réponse inflammatoire mais aussi une autre famille de molécules chargée de fabriquer le mucus protecteur de l’estomac.

Ainsi une prise d’aspirine régulière peut fragiliser la muqueuse gastrique et peut alors engendrer des pathologies digestives graves.

La première étape consiste à synthétiser de l’acide salicylique à partir d’un phénol de formule C6H5OH.

Synthèse de l’aspirine à partir de l’acide salicylique

Première étape : choix des réactifs et réaction :

Pour synthétiser l’aspirine, il faut donc des réactifs : l’acide salicylique et l’anhydride acétique. On utilise un solvant, le toluène et une température de 90°C.

Les réactifs sont mis en présence dans ces conditions expérimentales pendant une vingtaine d’heures. Le mélange est ensuite refroidi.

Note : on peut utiliser d’autres solvants et des catalyseurs comme l’acide sulfurique par exemple.

Deuxième étape : extraction :

Quand le mélange est refroidi, l’acide acétylsalicylique précipite en gros cristaux que l’on peut alors séparer par filtration.

Troisième étape : purification :

Pour purifier l’aspirine, on peut utiliser la méthode de recristallisation. Pour vérifier sa pureté on peut ensuite utiliser la technique de chromatographie ou le point de fusion.

Après purification, les cristaux d’acétylsalicylique sont conditionnés sous la forme galénique maximale pour en faire un médicament. On peut lui adjoindre d’autres substances actives ou des excipients.

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Yann

Fondateur de Superprof et ingénieur, nous essayons de rendre disponible la plus grande base de savoir.
Passionné par la physique-chimie et passé par la filière scientifique au lycée, je partage mes cours (après les avoir mis à jour selon le programme de l’Éducation Nationale).

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