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L’utilisation du catalyseur 1) L’énoncé du 9ème principe de la chimie Verte Les

L’utilisation du catalyseur 1) L’énoncé du 9ème principe de la chimie Verte Les réactifs catalytiques sont plus efficaces que les réactifs stœchiométriques. Il faut favoriser l'utilisation de réactifs catalytiques les plus sélectifs possibles. 2) Pourquoi en utilise les catalyseurs La chimie douce concerne les synthèses chimiques qui se déroulent dans des conditions proches des conditions ambiantes à température ambiante, pression atmosphérique et pH neutre… -La chimie douce à deux objectifs : l’économie d’énergie et le respect de l’environnement. Par exemple, l’emploi de catalyseurs dans les réactions chimiques permet souvent : D’obtenir les produits recherchés dans des conditions de température et pression moins exigeantes que les réactions sans catalyseur. Travaillant à des températures plus basses permet d’économiser en énergies. Mais, il n’est pas toujours possible de remplacer tous les procédés industriels classiques par des procédés de chimie douce mais la chimie douce a déjà montré son efficacité dans plusieurs domaines comme le procédé sol-gel qui permet la fabrication de verres par polymérisation inorganique à une température comprise entre 20 à 150 °C, au lieu des procédés de fusion à haute température (1 300 à 1 500 °C) utilisés habituellement. La catalyse et l’utilisation de réactifs non toxiques sans production de déchets  Sans utilisation de réactifs toxiques Des efforts sont entrepris pour découvrir des voies de synthèse qui remplacent celles impliquant des réactifs toxiques. Des exemples se rencontrent dans la valorisation du CO2 pour remplacer les dérivés du phosgène. On sait mettre à profit en chimie fine le dioxyde de carbone pour la synthèse d’intermédiaires de synthèse optiquement actifs ou à la préparation de polycarbonates (matériaux transparents). Exemple 1 : La valorisation de CO2 en synthèse organique est particulièrement intéressante car elle permet d’utiliser une matière première non toxique et bon marché, et contribue à en diminuer les rejets dans l’atmosphère (effet de serre).  Sans production de déchets La production de produits secondaires dans un procédé nécessite toujours la séparation du produit utile des sous-produits et entraîne un coût en énergie (distillation) ou en solvant (chromatographie, recristallisation...) avec perte de matière, de temps et d’argent. Ce type de procédé doit être réétudié avec la nécessité de n’utiliser que des matières premières appropriées sans consommation inutile des ressources.  économie d’énergie La catalyse a pour effet d’abaisser l’énergie d’activation d’une réaction donnée. La conséquence directe est une économie globale de l’énergie fournie dans le procédé de synthèse. Conclusion : La catalyse joue un rôle central dans la chimie moderne, en effet elle permet en général de :  réduire la consommation d'énergie, ce qui présente un intérêt économique et environnemental.  diminuer les efforts de séparation puisqu'elle augmente la sélectivité des réactions.  diminuer la quantité (car variété) de réactifs utilisés. 3) Des exemples d’application de la catalyse dans la synthèse réactionnelle 3.1 La synthèse de l’Ibuprofène L’ibuprofène est un anti-inflammatoire et le principe actif de plusieurs antidouleurs commerciaux, 13000 tonnes produites chaque année dans le monde, correspondant à 32 milliards de doses, sont fabriquées à partir de 2-méthylpropylbenzène, issu de la pétrochimie. La molécule a été découverte par la société Boots dans les années 1960 et cette société a breveté une synthèse qui a longtemps été la méthode de choix pour la production industrielle. Cette synthèse a permis de produire annuellement des milliers de tonnes d'ibuprofène mais elle s'est accompagnée de la formation d'une quantité encore plus importante de sous-produits non utilisés et non recyclés qu'il a fallu détruire ou retraiter. Dans les années 1990, la société BHC a mis au point un procédé « vert », c'est à dire reposant sur les principes de la chimie verte. La nouvelle voie de synthèse est beaucoup plus efficace que la voie traditionnelle : la quantité de sous-produit est considérablement réduite, de plus l'unique sous-produit formé est valorisé. Voici la comparaison des deux procédés : 3.1.1. Synthèse de l’ibuprofène par voie traditionnelle (sans catalyseurs) Le procédé Boots : C’est un procédé en 6 étapes sans utilisation de catalyseur. Dans le schéma de synthèse ci-contre, on a représenté en vert les atomes qui se retrouvent dans la molécule cible et en rouge ceux qui forment des sous-produits à retraiter. On se rend compte qu’un grand nombre d’atomes ne se retrouveront pas dans la molécule d’ibuprofène et devront être éliminés. L'efficacité d'un procédé est traditionnellement mesurée par le rendement chimique : on calcule le rapport entre la quantité d’ibuprofène obtenu et la quantité de réactif utilisée. Ce rendement ne tient pas compte de la quantité de sous-produits formés et de leur élimination/traitement. UA = 206/514,5 = 0,40 soit 40 % Dans une optique de réduction de la pollution à la source, la chimie verte propose une évolution du concept d'efficacité qui prend en compte la minimisation de la quantité de déchets. On utilise comme indicateur de l'efficacité d'un procédé son utilisation atomique (UA) : utilisés réactifs les tous de molaires masses des somme recherché produit du molaire masse  UA -On calcule l’utilisation atomique de cette synthèse on obtient le résultat suivant : -L’interprétation du résultat obtenu est le suivant :  40% en masse des atomes utilisés dans la synthèse ont effectivement servi à former la molécule d’ibuprofène. 60% en masse n’ont servi qu’à réaliser la synthèse et sont des déchets. -La production annuelle d’ibuprofène est de l’ordre de 13000 tonnes qui représente 40% en masse des atomes de la synthèse donc les déchets représentent 60% en masse des atomes. Donc la masse de déchet est 60%x13 000/40% = 19 500t soit environ 20 000 t  On peut aussi raisonner sur la masse totale d’atomes utilisés : si 13000t représentent 40%, 100% représentent 32 500 t.  La différence avec 13000t représente les déchets soit 19 500 t. 3.1.2. Synthèse de l’ibuprofène à partir d’utilisation de catalyseur UA = 206/266 = 77% Procédé BHP : Cette synthèse est effectuée en 3 étapes et fait appel à des réactions catalysées. Le schéma de synthèse reprend les conventions précédentes : les atomes qui se retrouvent dans la molécule cible sont en vert et ceux qui forment des sous-produits en rouge. Remarque : Il y a moins d’atomes rouge donc moins d’atomes « inutiles » qu’il faudra traiter. Donc une UA bien meilleure. Voici le bilan du procédé BHC : -On Calcule l’utilisation atomique UA du procédé BHC : - Après calcul d’UA en déduit la masse de déchets correspondant à la production annuelle d’ibuprofène en utilisant ce procédé :  13 000t représentent 77% en masse des atomes donc les déchets : 13 000 x 23%/77% = 3900 t environ ! Conclusion générale : -L’intérêt de l’utilisation de catalyseurs dans cette synthèse et grâce à sa sélectivité, on réduit le nombre d’étapes donc le nombre d’atomes utilisés donc on augmente l’UA : moins de déchets. uploads/Industriel/ catalyse.pdf