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Les synthèses et les nouveaux matériaux Cours

L'industrie chimique prépare des molécules, par synthèse ou hémisynthèse, dont les propriétés sont liées à la structure. Le rendement permet de déterminer l'efficacité de ces synthèses.

I

L'objectif des synthèses

L'élaboration de molécules à architecture complexe, à partir de produits simples et peu coûteux, constitue l'un des défis de l'industrie chimique et dans plusieurs domaines : la pharmacie (synthèse des médicaments), l'agrochimie (phytosanitaire), la parachimie (peintures), les colorants, etc.

Les synthèses doivent être optimisées afin d'être :

  • Les plus sélectives possible
  • Respectueuses de l'environnement
  • Les moins coûteuses possible
II

Formation de molécules biologiquement actives

A

Le rendement d'une synthèse

Lors d'une synthèse, la masse de produit obtenue est toujours inférieure à la masse attendue car les différentes étapes entraînent des pertes de produits.

Rendement d'une synthèse

Le rendement d'une synthèse est le rapport entre les quantités de matière ou les masses de produit effectivement obtenues sur celles attendues, calculées avec l'hypothèse d'une réaction totale. Il est généralement noté \(\displaystyle{\eta}\) et est souvent exprimé par un pourcentage.

\(\displaystyle{\eta = \dfrac{n_{produit-effectivement-obtenu \left(mol\right)}}{n_{produit-maximal-attendu\left(mol\right)}} = \dfrac{m_{produit-effectivement-obtenu \left(g\right)}}{m_{produit-maximal-attendu \left(g\right)}} }\)

Si lors d'une synthèse la masse de produit formé est de 4,2 g alors que la masse maximale pouvant se former est 4,8 g, le rendement de cette synthèse est :

\(\displaystyle{\eta = \dfrac{m_{produit-effectivement-obtenu \left(mol\right)}}{m_{produit-maximal-attendu\left(mol\right)}} = \dfrac{4,2}{4,8} = 0,88 = 88}\) %.

B

Les molécules biologiquement actives

Molécule biologiquement active

Une molécule biologiquement active est une molécule qui a la propriété d'interagir avec l'organisme.

Le rétinal est impliqué dans le mécanisme de vision, c'est donc une molécule biologiquement active.

Il est possible de produire ces espèces :

  • Par synthèse, à partir de molécules simples
  • Par hémisynthèse, à partir d'espèces chimiques naturelles ayant une structure relativement proche de la molécule à synthétiser. Cela limite les transformations à effectuer pour obtenir la molécule désirée.

L'insuline humaine utilisée pour traiter le diabète est obtenue par une réaction d'hémisynthèse à partir de l'insuline de porc. En effet, l'insuline humaine et l'insuline de porc ont la même chaîne, à un acide aminé près.

III

Les nouveaux matériaux

A

La nanochimie

La nanochimie étudie les objets dont les dimensions sont de l'ordre de grandeur compris entre 1 nanomètre (1 nm = 10−9 m) et quelques centaines de nanomètres (100 nm = 10−7 m) : les nano-objets. Leur dimension, se rapprochant de celle des atomes, leur confère des propriétés particulières.

Les nanotubes de carbone ont une résistance mécanique 100 fois supérieure à celle de l'acier tout en étant près de 6 fois plus légers et beaucoup plus flexibles. C'est un axe de recherche pour de nombreux domaines de l'industrie.

-

Nanotube de carbone

L'encapsulation est une technique utilisée en médecine qui consiste à emprisonner des médicaments microscopiques dans des capsules de taille nanométrique. Cela permet de protéger les médicaments en attendant qu'elles atteignent les cellules ciblées par le traitement.

B

Les matières plastiques

Les matières plastiques sont des polymères : ces molécules à longue chaîne sont constituées d'un grand nombre de molécules identiques appelées monomères.

-

Polymérisation de l'éthylène

Les propriétés des matières plastiques sont liées à leur structure chimique et aux espèces chimiques que l'on ajoute parfois à leur composition (les adjuvants). Ils ont en commun de tous être de bons isolants électriques. Les principales propriétés mécaniques des plastiques sont leur résistance à la traction et à la compression ainsi que leur dureté, qui dépendent essentiellement des liaisons intermoléculaires existant entre les chaînes de polymères.