Remerciez-le!

Remerciez @Admin pour avoir partagé cet document gratuitement, de la manière la plus simple, en partageant sur les réseaux sociaux.

Chimie organique verte – Introduction générale Thierry Ollevier Professeur titu

Chimie organique verte – Introduction générale Thierry Ollevier Professeur titulaire Département de chimie Faculté des sciences et de génie CHM–7013 Chimie verte ulaval.ca www.developpementdurable.ulaval.ca !2 Chimie – Définitions • Chimie (n.c., du grec khêmeia « magie noire ») : Science de la constitution des divers corps, de leurs transformations et de leurs propriétés – Chimiste (n.c., 1548) : personne qui s’occupe de chimie, pratique et étudie la chimie • Chimie verte ? Chimie verte ≠ chimie du végétal www.developpementdurable.ulaval.ca Les couleurs de la chimie... !3 Naufrages Exxon Valdez (USA, 1989) – Erika (France, 1999) Seveso (Italie, 1976) O O Cl Cl Cl Cl Isocyanate de méthyle Dioxine N C O Pétrole brut Saint-Basile-le-Grand (Québec, 1988) Bhopal (Inde, 1984) BPC (Cl) (Cl) n n www.developpementdurable.ulaval.ca ... « Chimie noire » ? • Prise de conscience. Mauvaise image de l’industrie. • Pollutions. Accidents chimiques. • Traitement de la pollution. • Contrôle de la pollution industrielle : • réglementation plus stricte, • rôle de la chimie (comprendre la dangerosité du point de vue moléculaire), • prévention. !4 www.developpementdurable.ulaval.ca Bienfaits de la chimie • Augmentation de la qualité de vie • Augmentation de la durée de vie de l’homme (traitement des maladies, diminution des décès des jeunes enfants ou des personnes agées, ...) : « chimie rose » * • Avancées technologiques de la vie quotidienne !5 * Professeur G. Ourisson, Université de Strasbourg, octobre 2010 http://www.canal-u.tv/video/universite_de_tous_les_savoirs/chimie_polluante_chimie_non_polluante_et_chimie_depolluante.1144 www.developpementdurable.ulaval.ca Domaines d’application de la chimie • Pharmaceutique - Médicaments • Électronique - Composants, Affichages (polymères conducteurs) • Cosmétique • Domestique - Produits de nettoyage, Parfums, Textiles • Agriculture • Automobile - Peintures, Polymères, Vernis • Aérospatial !6 www.developpementdurable.ulaval.ca Industrie chimique en quelques chiffres • 7 % du Produit intérieur brut mondial • 9 % du commerce mondial • Croissance estimée : + 85 % (de 1995 à 2020) • Record de croissance (sur les 50 dernières années) • en volume : plastiques d’origine pétrochimique • en valeur : produits pharmaceutiques !7 www.developpementdurable.ulaval.ca Répartition des émissions • Répartition des émissions de produits chimiques toxiques rejetés dans l’environnement : !8 www.developpementdurable.ulaval.ca Diversité des productions !9 Raffinerie Chimie lourde Chimie fine Chimie pharmaceutique Production mondiale annuelle (T/an) (produits/déchets) Facteur E < 0,1 < 1 – 5 5 – 50 25 – 100 (déchets/produits) www.developpementdurable.ulaval.ca Données du problème • Grande variété de processus chimiques • Gestion des déchets • Normes environnementales • Préoccupations liés à la sécurité • Raréfaction des matières premières pétrochimiques !10 www.developpementdurable.ulaval.ca Objectifs • Objectif : Développement durable Permettre de satisfaire les besoins de la génération présente sans compromettre les besoins des générations futures • Moyen : Chimie verte !11 www.developpementdurable.ulaval.ca Usages • Chimie verte : • employé pour la première fois dans un article en 1990 (Cathcart) • officialisé en 1991 (Paul T. Anastas, Environmental Protection Agency, USA) • Autres noms : • Chimie propre • Chimie environnementale • Chimie bénine • Chimie durable !12 www.developpementdurable.ulaval.ca Définition • « Chimie verte » Conception de produits et de processus chimiques qui réduisent ou éliminent l’usage et la formation de substances toxiques Chimie dans une optique de développement durable • Définition plus détaillée avec les 12 principes de la chimie verte Anastas, P. T.; Warner, J. C. Green Chemistry: Theory and Practice. New York, Oxford University Press (1998) !13 www.developpementdurable.ulaval.ca Publications !14 «Green Chemistry» (topic: article), Web of Knowledge: Web of Science 6 6 www.developpementdurable.ulaval.ca Historique • 1995 : « Presidential Green Chemistry Challenge Award » créé par le Président Bill Clinton • 1997 : « Green Chemistry Institute » • 1998 : proposition des 12 principes par Paul T. Anastas et John C. Warner (mise en pratique des propositions du « Green Chemistry Institute ») • 2003 : ajout des 12 principes de « Green Engineering » !15 www.developpementdurable.ulaval.ca Approches • Approche radicalement nouvelle des problèmes • Avant : « chimie traditionnelle » • Maintenant : chimie verte !16 Cadre législatif Minimiser exposition aux dangers Contrôler substances toxiques à chaque stade des procédés Analyse à la source Développer des processus sans danger Analyse du système intrinsèque Analyse des circonstances www.developpementdurable.ulaval.ca Nouveau mode de pensée Chimie Analyse des circonstances • Utilisation des produits • Exposition • Manipulation • Traitements • Protection • Recyclage • Coût • Gestion des déchets produits pour réguler exposition !17 Chimie verte Analyse du système intrinsèque • Conception (« design ») moléculaire • Capacité réduite à présenter du danger • Sécurité du produit en cas d’accident • Possibilités de profits augmentées • L’objectif est de ne pas créer le danger www.developpementdurable.ulaval.ca Notion de risque • Définition : Risque = Danger x Exposition • Objectif de la chimie verte : Réduction du danger • Danger considéré comme une faille dans la conception !18 www.developpementdurable.ulaval.ca Enjeux et compromis !19 Source : http://www.biojest.fr www.developpementdurable.ulaval.ca Applications : « Décaféination » !20 Avec dichlorométhane (CH2Cl2) (toxique par inhalation) Avec dioxyde de carbone (CO2) www.developpementdurable.ulaval.ca Applications : Plastiques bio-inspirés • Acide polylactique (PLA) • Applications : • Bouteilles • Fibres • Boîtiers de disques !21 Blé Sucre de canne HO OH O H CH3 Acide lactique O O O O O O H CH3 n PLA Lactide www.developpementdurable.ulaval.ca Applications : Oxydants industriels • Dérivé du fer : • Usages : • Textiles : blanchissage, décoloration d’effluents • Pâtes et papiers : blanchissage • Épuration des eaux : destruction (oxydation) des composés organiques • Raffinage du pétrole : oxydation des contaminants soufrés !22 www.developpementdurable.ulaval.ca Applications : Talampanol • Prix du Presidential Green Chemistry Challenge • Médicament pour le traitement de l’épilepsie et de maladies neuro-dégénératives • Nouveau procédé : • 7 étapes de synthèse avec 3 produits isolés • Réduction de 34 000 litres de solvants et de 300 kg de déchets de chrome par 100 kg de composé • Rendement augmenté de 16 % à 55 % • Bio-réduction d’une cétone en alcool chiral avec Zygosaccaromyces rouxii (96 %) !23 www.developpementdurable.ulaval.ca 12 principes !24 Source : http://www.ccvc.umontreal.ca www.developpementdurable.ulaval.ca Synthèse de l’ibuprofène • Exemple représentatif de la chimie verte • Ibuprofène = analgésique, constituant principal de nombreux produits commerciaux • Historiquement, deux voies de synthèse chimique ont été utilisées pour fabriquer industriellement l’ibuprofène. • Production industrielle annuelle d’environ 13 000 tonnes d’ibuprofène. • Les atomes retrouvés dans les déchets sont en rouge. • Les atomes conservés dans l’ibuprofène sont en vert. !25 www.developpementdurable.ulaval.ca Ibuprofène !26 40 % (Procédé Boots) 77 % (99 %) (Procédé BHC) en pratique, 99%, car le seul produit secondaire est valorisé !) : Acide acétique Quelques utilisations commerciales de l’acide acétique : • Production de vinaigre • Fabrication de plastiques • Précurseurs de peintures H O O O AlCl3 Cl CO2CH2CH3 O NaOEt O CO2Et H3O+ O H NH2OH N H OH cat. N O OH Ibuprofène Étape 1 Étape 2 Étape 3 Étape 4 Étape 5 Étape 6 O O O HF Étape 1 O Ra Nickel H2 Étape 2 OH Pd CO O OH Ibuprofène Étape 3 H O H H O H H www.developpementdurable.ulaval.ca Synthèse de l’ibuprofène • Production industrielle annuelle d’environ 13 000 tonnes d’ibuprofène. • Pour le procédé Boots, cela implique plus de 20 000 tonnes de déchets, dont on doit se débarrasser ! • Par le procédé BHC, on crée environ 4 000 tonnes d’acide acétique, qui est recyclé (nombreuses applications commerciales). !27 www.developpementdurable.ulaval.ca Ibuprofène – Conclusions • Le procédé BHC respecte plus les principes de la chimie verte, car beaucoup moins de déchets sont produits. • Le procédé BHC est économiquement plus viable, car moins d’étapes sont requises (procédé plus rapide). • Dans une optique d’économie d’atomes, le procédé Boots a été délaissé au profit du procédé BHC, plus vert. !28 www.developpementdurable.ulaval.ca Exemple : synthèse du sildenafil citrate • Bilan de solvants !29 ✓ Toluène recyclé ✓ Plusieurs étapes dans l’acétate d’éthyle (solvant vert) ✓ Solvants chlorés supprimés ✓ Solvants très volatiles supprimés « The development of an environmentally benign synthesis of sildenafil citrate (Viagra) and its assessment by Green Chemistry metrics » Dunn, P. J.; Galvin, S.; Hettenbach, K., Green Chem. 2004, 6, 43–48 www.developpementdurable.ulaval.ca TamifluTM – Voies de synthèse • Synthèse du TamifluTM !30 O CHO NH O OH O Br O OH OH HO OH OH MeO OMe CHO N O O CF3 O COOH OSiMe3 ClOC COCl OH OH COOH OH HO HO HO HO COOEt NH3 +H2PO4 - O NH4Cl COOEt COOEt CHO Shibasiki G1 and G2 Okamura Roche G4 Kann Fang Roche G5 Fukuyama Trost CHO Shibasaki G3 Gilead Roche G1 Roche G2 Roche G3 Corey oseltamivir phosphate AcNH « Global Green Chemistry Metrics Analysis Algorithm and Spreadsheets: Evaluation of the Material Efficiency Performances of Synthesis Plans for Oseltamivir Phosphate (Tamiflu) as a Test Case », Andraos, J., Org. Proc. Res. Dev. 2009, 13, 161–185 www.developpementdurable.ulaval.ca Synthèses – Performances comparées !31 Basé sur 1 mole de phosphate de oseltamivir obtenu (0,410 kg) Facteur environnemental E = 94.7/0,410 www.developpementdurable.ulaval.ca !32 Acteurs-clés Chimie verte developpementdurable.ulaval.ca Produits chimiques non polluants Catalyseurs recyclables Économie d'atomes uploads/Sante/ 1-introduction-generale.pdf