Synthèse d'une espèce chimique : cours de 2de

Un parfum, un arôme, un médicament, un colorant : derrière beaucoup de produits du quotidien se cache une espèce chimique précise. On peut parfois l'extraire d'une plante, mais ce n'est pas toujours possible ni souhaitable. Le chimiste cherche alors à la fabriquer : c'est une synthèse.

Dans ce cours de seconde, tu vas voir ce qu'est une synthèse, quels mots employer pour la décrire, pourquoi la masse totale ne change pas quand on transforme de la matière, et comment raisonner sur un exemple de laboratoire. Tu t'appuies sur ce que tu as déjà vu : les transformations physiques, l'équation d'une réaction chimique, le réactif limitant et la stœchiométrie.

Le mot clé est « transformation chimique ». Dans une transformation physique (fusion de la glace, dissolution du sucre sans réaction), les espèces chimiques restent les mêmes. Dans une transformation chimique, ce sont les espèces elles-mêmes qui changent : certaines disparaissent, d'autres apparaissent.³

Une synthèse peut demander plusieurs réactions à la suite. En chimie organique, on combine souvent diverses réactions pour arriver au produit voulu.³ Dans ce cours, on se concentre sur le cas le plus simple : une seule transformation, avec des réactifs mélangés pour obtenir le produit souhaité.

On résume une réaction par une équation, avec les réactifs à gauche et les produits à droite :

$\text{réactifs} \longrightarrow \text{produits}$

La flèche se lit « donne » ou « se transforme en ». Avant la flèche, ce qui disparaît ; après, ce qui apparaît.

Cela veut dire que la masse de tout ce qui est consommé est égale à la masse de tout ce qui est formé. On l'écrit, pour une réaction qui va jusqu'au bout :

$m_{\text{réactifs consommés}} = m_{\text{produits formés}}$

Les atomes sont simplement réarrangés : ceux qui formaient les réactifs se retrouvent dans les produits, en même nombre.

Reprenons l'exemple du technicien. Son but est de synthétiser l'acétate de linalyle en laboratoire, une alternative à son extraction.² Lors d'une synthèse, le chimiste mélange des réactifs pour former un ou plusieurs produits.²

Dans le cas étudié, quatre espèces sont concernées : le linalol, l'anhydride acétique, l'acétate de linalyle et l'acide acétique.² On peut les ranger dans un tableau.

Remarque importante : le mélange final ne contient pas que l'espèce voulue. Il renferme aussi un autre produit, et peut contenir des réactifs restants. Une synthèse suit donc plusieurs étapes.²

1. Transformation : on mélange les réactifs et on provoque la réaction, souvent en chauffant à reflux (le chauffage accélère la réaction, le réfrigérant condense les vapeurs pour ne rien perdre).
2. Isolement : on sépare l'espèce voulue du reste du mélange (décantation, filtration…).
3. Purification : on élimine les impuretés qui restent.
4. Identification : on vérifie qu'on a bien obtenu l'espèce visée, par exemple par chromatographie sur couche mince (CCM) en comparant avec l'espèce naturelle, ou par la mesure d'une température de fusion.

Une espèce obtenue par synthèse est exactement la même que celle présente dans la nature : seule son origine diffère.

Quand on observe un mélange avant et après une réaction, on veut savoir ce qui s'est passé. La démarche proposée en seconde suit trois étapes.¹

Première étape : identifier les espèces présentes à l'état initial, c'est-à-dire avant la réaction.¹

Deuxième étape : identifier les espèces présentes à l'état final.¹ On y parvient avec des tests caractéristiques. Par exemple, la présence d'ions cuivre $\text{Cu}^{2+}$ dissous dans une solution se repère à une couleur bleue ; la présence d'ions argent en excès se met en évidence par un test adapté.¹

Troisième étape : sélectionner les espèces qui ont réagi.¹ En comparant les deux états, on voit quelles espèces ont disparu (réactifs), lesquelles sont apparues (produits), et lesquelles sont présentes avant et après sans changer.

Tu as vu en classe le réactif limitant : c'est celui qui est entièrement consommé en premier et qui arrête la réaction. C'est lui qui fixe la quantité maximale de produit qu'on peut obtenir.

Face à un énoncé sur une synthèse, la difficulté vient rarement du calcul. Elle vient plutôt de la lecture : quelles espèces sont citées, lesquelles disparaissent, lesquelles apparaissent, et dans quel état physique ? Prends l'habitude de reformuler le problème avec tes propres mots avant de calculer quoi que ce soit.

Commence par repérer le but de la manipulation : quelle est l'espèce que l'on veut fabriquer ? Cette espèce est le produit visé. Tout le reste du travail consiste à savoir combien on peut en obtenir et ce qu'il faudra écarter ensuite.