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P.251-254

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Chapitre 10


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1
Modifications en synthèse organique
(⇧)


A
Addition, élimination ou substitution ?

On distingue trois types de réactions chimiques : l’addition, la substitution et l’élimination.

Une réaction de substitution est une réaction au cours de laquelle un atome ou groupe d’atomes, lié à un carbone par une liaison simple, est remplacé par un autre atome ou groupe d’atomes :

réaction de substitution

Une réaction d’addition est un ajout d’atomes ou de groupes d’atomes sur une molécule possédant au moins une liaison multiple (double ou triple) :

Réaction d'addition

Une réaction d’élimination est un retrait d’atomes ou de groupes d’atomes sur une molécule conduisant à la formation d’une liaison multiple (double ou triple) :

Réaction d'élimination

Ces réactions conduisent à une modification du groupe caractéristique et/ou à une modification de la chaîne carbonée.

B
Modification du groupe caractérisque

Lors d’une étape de synthèse organique, il peut y avoir modification du groupe caractéristique.

Dans ce cas, le produit obtenu appartient à une famille fonctionnelle différente de celle du réactif initial.

C
Modification de la chaîne carbonée

Lors d’une étape de la synthèse organique, il peut y avoir modification de la chaîne carbonée avec :
    • raccourcissement de la chaîne carbonée ;
    • allongement de la chaîne carbonée ;
    • réarrangement.

D
Polymérisation

Les monomères produisent des polymères lors de réactions de polymérisation. On distingue deux types de réactions de polymérisation : la polyaddition et la polycondensation.

La polyaddition concerne les monomères possédant une double liaison . Les monomères s’additionnent les uns aux autres grâce à la présence de cette double liaison.


Exemple :
Polymérisation. La polyaddition concerne les monomères possédant une double liaison C = C


La polycondensation consiste en la synthèse de polymère lors de laquelle il y a libération de petites molécules, généralement de l’eau ou du chlorure d’hydrogène .


Exemple :
Polymérisation. La polycondensation consiste en la synthèse de polymère


Les réactions de polymérisation sont des exemples de réactions chimiques au cours desquelles il peut y avoir modification de la chaîne carbonée et/ou du groupe caractéristique.

Éviter les erreurs

Même si on parle de réactions d’addition, de substitution et d’élimination en chimie organique, des réactions acide-base ou d’oxydoréduction peuvent aussi avoir lieu. Elles ne sont pas spécifiques à la chimie organique puisqu’elles se produisent aussi en chimie des solutions aqueuses.

Vocabulaire


Groupe caractéristique et famille fonctionnelle


Monomère


Polymère



Groupe caractéristique et famille fonctionnelle : lorsque des atomes différents des atomes hydrogène et de carbone sont liés aux atomes de carbone d’une molécule organique, ils constituent un groupe caractéristique à l’origine de la réactivité de la molécule.
Chaque groupe caractéristique permet de définir une famille de composés chimiques.

Monomère : molécule susceptible de se combiner avec d’autres molécules de même formule ou de formule différente pour constituer un polymère.

Polymère : toute molécule dont la structure présente la répétition d’un même motif correspondant à un enchaînement de monomères.

Doc. 1
Familles fonctionnelles courantes

Famille fonctionnelle Groupe caractéristique
Alcool
Molécule alcool
Cétone
Molécule Cétone
Aldéhyde
Molécule Aldéhyde
Acide carboxylique
Molécule acide carboxylique
Ester
Molécule ester
Amine
Molécule amine
Amide
Molécule amide

Pas de malentendu

Au cours d’une synthèse en chimie organique, il y a souvent une modification simultanée de groupe caractéristique et de chaîne carbonée. Ces deux modifications ne doivent pas être opposées l’une à l’autre.

Doc. 2
Synthèse d’un polymère

Synthèse d'un polymère. Polymérisation

Supplément numérique

Retrouvez une explication des transformations en chimie organique en vidéo :

Matthieu Colombel, Laissemoitaider

Matthieu Colombel, Laissemoitaider

2
Protection et déprotection
(⇧)


A
Composés polyfonctionnels

Un composé est dit polyfonctionnel s’il possède plusieurs groupes caractéristiques.

En synthèse organique, les composés polyfonctionnels sont souvent utilisés.

Lors d’une réaction chimique mettant en jeu des composés polyfonctionnels, les groupes caractéristiques de ces molécules sont susceptibles de réagir.

Il peut s’avérer nécessaire, dans certains cas, de protéger un groupe caractéristique pour l’empêcher de réagir.

B
Principe de la protection

La protection d’un groupe caractéristique consiste à transformer temporairement ce groupe en un autre groupe ne réagissant pas, appelé groupe protecteur.
Il est nécessaire, une fois la réaction de synthèse réalisée, de procéder à la déprotection du groupe caractéristique qui a été initialement protégé. Le composé servant à créer le groupe protecteur doit :
    • réagir sélectivement avec la fonction à protéger ;
    • être stable lors des réactions suivantes ;
    • pouvoir être enlevé facilement une fois la réaction terminée ;
    • être tel que les étapes de protection et de déprotection aient un très bon rendement.

C
Exemple autour de la liaison peptidique

liaison peptique
Lorsque deux acides ‑aminés sont mis en présence l’un de l’autre, deux réactions peuvent avoir lieu entre les deux acides aminés différents. Pour en privilégier une par rapport à l’autre, on protège les groupes caractéristiques que l’on souhaite préserver :

protection du groupement amine et carboxyle

Ainsi, la seule réaction possible est :

réaction liaison peptidique. Acides a-aminés et carboxyle

Doc. 3
Exemples de molécules polyfonctionnelles

  • 3‑méthylhex‑4‑en‑1‑ol
  • 3-méthylhex-4-en-1-ol
  • para‑aminophénol
  • para-aminophénol

Doc. 4
Exemple de polymère

Granulés de polymère, utilisé dans la fabrication du plastique
Des granulés de polymère, utilisés dans la fabrication du plastique.

Éviter les erreurs

Lorsque deux acides aminés sont mis en présence, deux réactions sont possibles entre les deux différents acides aminés, mais il peut aussi y avoir des réactions entre acides aminés identiques. Cela conduit à quatre dipeptides qui peuvent donc se former.

Vocabulaire


Liaison peptidique



Liaison peptidique : liaison formée entre deux acides aminés. Il s’agit d’un groupe amide issue de la réaction entre le groupe carboxyle d’un des deux acides aminés et le groupe amine de l’autre.

Pour aller plus loin

Certains composés polyfonctionnels peuvent réagir de façon sélective : on dit alors que la réaction est chimiosélective. Il n’y a pas besoin dans ce cas de protéger et de déprotéger les autres groupes caractéristiques de la molécule.
C’est le cas lors de la synthèse du paracétamol à partir du para-aminophénol : seule la fonction amine réagit avec l’anhydride éthanoïque :

para-aminophénol, anhydride ethanoïque, paracétamol, acide éthanoïque. Chimiosélective

Doc. 5
Déprotection

Pour finir cette synthèse, les deux groupes protecteurs sont ensuite enlevés et le produit final est récupéré (déprotection). Dans le cas présenté, celle-ci conduit donc au produit final suivant :
Déprotection molécule

3
Synthèses écoresponsables
(⇧)


Depuis la Seconde Guerre mondiale, l’industrie chimique s’est considérablement développée et les produits issus de cette industrie sont omniprésents dans notre quotidien.

Cependant, lors de cette expansion rapide, l’industrie chimique n’a pas toujours eu conscience des conséquences à moyen et long termes de certaines pratiques. La prise de conscience, dans les années 1970, a conduit à un changement important. Cette réforme a abouti dans les années 1990 au concept de « chimie verte » :


Chimie verte synthèse écoresponsable


Voici une liste non exhaustive de pratiques permettant de mettre en œuvre les principes de la chimie verte :

  • l’économie d’atomes privilégiant les réactions d’addition ou de réarrangement plutôt que les réactions de substitution et d’élimination, peu économes en atomes ;
  • la catalyse pour réduire la consommation énergétique, diminuer la quantité de réactifs utilisés et diminuer les étapes de séparation ;
  • les conditions de réactions alternatives comme l’usage des micro‑ondes ou encore des ultrasons ;
  • les solvants verts comme le dioxyde de carbone supercritique comme solvant apolaire ou l’eau en tant que solvant polaire ;
  • la valorisation des agro-ressources avec l’exploitation des ressources végétales ou la substitution des matières premières pétrochimiques par la biomasse végétale ;
  • la valorisation du dioxyde de carbone comme solvant ou comme réactif.

Vocabulaire


Chimie verte (ou chimie durable)

Synthèse écoresponsable



Chimie verte (ou chimie durable) : chimie qui s’appuie sur la mise en œuvre de douze principes pour réduire et éliminer l’usage ou la génération de substances néfastes pour l’environnement.


Synthèse écoresponsable : synthèse « propre », c’est-à-dire respectueuse de l’environnement.

Pour aller plus loin

L’économie d’atomes (ou utilisation atomique ) est utilisée comme indicateur de l’efficacité d’un procédé.
L’ d’une synthèse est définie comme le rapport de la somme des masses molaires du (ou des) produit(s) recherché(s) sur la somme des masses molaires de tous les réactifs en tenant compte des coefficients stœchiométriques :


 : économie d'atomes
 : coefficients stœchiométriques des produits désirés
 : masses molaires des produits désirés (g⋅mol-1)
 : coefficients stœchiométriques des réactifs
 : masses molaires des réactifs (g⋅mol-1)

Supplément numérique

Pour aller plus loin, retrouvez plus d’informations sur la chimie verte et ses principes

Doc. 6
Biomasse

Biomasse

La biomasse désigne toute la matière d’origine végétale utilisée comme source d’énergie ou de molécules organiques.
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