La synthèse chimique désigne l'ensemble des procédés mis en oeuvre au laboratoire pour produire une espèce chimique d'intérêt. Il peut s'agir par exemple de produire des additifs pour l'alimentaire (conservateurs, colorants, agents de texture, acidifiants, ...), des produits phytosanitaires, des médicaments, etc.
La synthèse chimique peut être employée dans un objectif pluriel : réduire l'exploitation d'espèces naturelles (par ex. éviter l'abattage des arbres pour
exploiter leurs écorces), réduire le coût des espèces chimiques (par ex. face au coût que représente la culture d'un arbre), augmenter l'efficacité (par ex.
en produisant des médicaments plus efficaces que les espèces naturellement présente dans les écorces), innover (par ex. en produisant des espèces chimiques
artificielles aux propriétés inédites), etc.
Une synthèse chimique se déroule en général selon quatre grandes étapes :
- transformation des réactifs en produits ;
- isolement des espèces chimiques d'intérêt à partir du brut réactionnel ;
- purification ;
- analyse des produits obtenus ;
La transformation des réactifs s'opère bien souvent à chaud, la forte température ou l'apport de chaleur étant deux éléments qui favorisent
la transformation. Il convient alors d'employer un dispositif de chauffage. Le risque est alors encouru qu'une partie de la quantité de matière employée
s'échappe du système chimique sous forme de vapeurs (gaspillage, danger). Le montage est alors équipé d'un réfrigérant (à eau ou à air) dont l'objectif
est de refroidir les vapeurs qui s'élèvent jusqu'à leur liquéfication, les gouttes formées retombent alors dans le système chimique. Un tel montage
s'appelle un montage à reflux car les espèces refluent vers le système.
Parfois, d'autres paramètres physico-chimiques peuvent être pilotés pour favoriser la transformation : contrôle de la pression, durée du chauffage, température
et puissance de chauffe, présence d'un catalyseur (comme par exemple quelques gouttes d'acide dans certains cas), choix d'un solvant plus approprié au mélange
des réactifs, etc.
L'isolement des espèces d'intérêt s'opère une fois la transformation achevée. Le mélange réactionnel est extrait du montage et subit différentes
étapes qui visent à séparer les espèces d'intérêt du reste du mélange. Parmi ces méthodes, il est possible de citer l'extraction liquide liquide à
l'aide d'une ampoule à décanter, qui permet notamment d'isoler les espèces organiques des espèces aqueuses, la distillation qui sépare les différentes
espèces en fonction de leur température d'ébullition, la filtration qui sépare les espèces à l'état solide des autres espèces, etc.
Le système chimique obtenu à la fin de cette étape s'appelle le brut réactionnel. Il contient notamment l'espèces d'intérêt mais encore possiblement
d'autres co-produits de la synthèse, des réactifs en excès, des impuretés, etc.
La purification est une étape qui doit permettre d'obtenir l'espèce d'intérêt sous forme de corps pur à partir du brut réactionnel. Parmi les méthodes mises en jeu se trouvent la centrifugation qui sépare les espèces en fonction de leur masse, l'évaporation du solvant qui s'appuie sur les différences de température de changement d'état, la recristallisation qui s'appuie sur les différences de température de solidification, de nouveau la distillation, etc.
L'analyse regroupe toutes les démarches expérimentales qui visent à étudier la composition du produit final pour en vérifier la nature et
la pureté. Il existe de très nombreux procédés d'analyse. Certains reposent notamment sur les propriétés physiques d'une espèce chimique : mesures de
l'indice de réfraction n par exemple en s'aidant d'un réfractomètre, des températures de changement d'état (par exemple sur un banc Kofler), de la
masse volumique ρ, etc.
Ex. : espèce liquide incolore transparente de masse volumique égale à 1,00 g/mL à température ambiante, qui solidifie à 0 °C et bout à 100 °C à
pression standard, dont l'indice de réfraction vaut 1,33.
D'autres techniques reposent quant à elles sur des propriétés plus chimiques (tests d'identification des ions par exemple) ou bien réalisation d'une chromatographie sur couche mince -CCM- qui repose sur la différence d'affinité des espèces chimiques entre une phase fixe (la plaque) et une phase mobile (l'éluant).
Enfin, il est possible d'étudier l'interaction entre l'échantillon de matière et des rayonnements, ce qui constitue le principe de la spectroscopie.
La spectro UV-visible caractérisera les espèces colorées, la spectro IR met en évidence la nature des liaisons chimiques présentes dans la formule de l'espèce
(voir chapitre sur les familles de composés organiques), la spectro RMN met en évidence la répartition de certains noyaux (comme H ou C) dans la géométrie
des molécules, etc.
