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RÉSUMÉ
La chimie verte réduit les substances dangereuses et toxiques. Les solvants de réactions, généralement utilisés en grande quantité, entrent dans cette catégorie de substances dangereuses. Des solvants alternatifs comme l’eau ont été proposés, mais le meilleur solvant d’un point de vue écologique reste l’absence de solvant. Dans un procédé, l’utilisation de solvants intervient à différents stades : synthèse, purification et nettoyage des équipements. Les méthodes présentées ici permettent la suppression des solvants dans les voies de synthèse chimique.
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Green chemistry reduces hazardous and toxic substances. Reactive solvents, generally used in large quantities belong to this category of hazardous substances. Alternative solvents such as water have been proposed but the best solvent from an ecological viewpoint remains the absence of solvents. In a process, the usage of solvents is implemented at various stages: synthesis, purification and the cleaning of equipment. The methods presented in this article allow for the suppression of solvents in chemical synthesis processes.
Auteur(s)
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Evelina COLACINO : Maître de conférences à l'université de Montpellier 2
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Jean MARTINEZ : Professeur à l’université de Montpellier 1
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Frédéric LAMATY : Directeur de recherche au CNRS - Institut des biomolécules Max Mousseron, UMR 5247 CNRS - Université de Montpellier 1 & 2
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Max MALACRIA
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Jean-Philippe GODDARD
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Cyril OLLIVIER : UPCM, université de Paris VI, Laboratoire de chimie organique (UMR CNRS 7611), Institut de chimie moléculaire (FR 2769)
INTRODUCTION
La chimie verte a pour but de concevoir des produits et des procédés chimiques permettant de réduire ou d’éliminer l’utilisation et la synthèse de substances dangereuses et toxiques. Une chimie « pensée autrement », accompagnant des changements de concepts et de pratiques, permettra de contribuer à un développement économiquement efficace et durable. Par conséquent, les nouveaux procédés de synthèse doivent inclure une composante écologique. Une partie des activités de la chimie pour le développement durable consiste à diminuer la quantité de sous-produits des réactions chimiques et les déchets toxiques. Les solvants de réactions, qui sont généralement utilisés en grande quantité, entrent dans cette catégorie.
De nombreux solvants organiques sont nocifs du point de vue de l’écologie et de la santé publique, et dangereux car souvent volatils et inflammables. Des solvants alternatifs ont été proposés, comme l’eau, les liquides ioniques ou le CO2 supercritique. Toutefois, le meilleur solvant d’un point de vue écologique reste l’absence de solvant, d’autant qu’une fois le dogme habituel dépassé (« pas de réaction sans solvant »), il a été observé que l’absence de solvant peut être bénéfique pour le déroulement d’une réaction. De plus, dans certains cas, l’un des réactifs qui est liquide peut servir de solvant à la réaction.
Dans un procédé, l’utilisation de solvants intervient à différents stades : synthèse, purification et nettoyage des équipements (comme les réacteurs, par exemple). Nous nous focaliserons dans cet article sur les méthodes permettant la suppression des solvants dans les voies de synthèse chimique.
Sur les effets toxiques des solvants et la chimie verte, le lecteur pourra consulter les références et en .
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3. Comparaison des techniques
Le choix de la méthode pour réaliser une réaction sans solvant n’est pas une tâche toujours simple, car toutes les méthodes ne seront pas adaptées pour tout type de réactions. Un exemple de réaction comparant l’efficacité de différentes méthodes de synthèse de nitrone en l’absence de solvant est décrit ci-dessous.
Les nitrones sont des intermédiaires importants en synthèse organique. Parmi les différentes méthodes utilisées pour leur préparation, la réaction de condensation entre un aldéhyde et une hydroxylamine substituée sur l’atome d’azote, en présence d’une base, est la plus exploitée. La réaction de condensation peut être réalisée à différentes températures (à froid, ambiante ou à reflux) et les temps réactionnels sont variables (de quelques heures à deux jours), en fonction des substrats. Des conditions anhydres et un excès d’aldéhyde sont toujours nécessaires pour aboutir à de bons rendements (60 à 95 %), une purification chromatographique est indispensable, et la méthode n’est pas générale. Ces inconvénients sont éliminés lorsque la synthèse de nitrones est réalisée sans solvant, en conditions douces (température ambiante) et en présence de quantités stœchiométriques des deux substrats. La littérature répertorie trois méthodes d’activation pour la synthèse de nitrones sans solvant :
-
le broyage des substrats dans un mortier ;
-
la chauffe par des micro-ondes ;
-
l’utilisation d’un broyeur à billes selon la réaction :
Dans tous les cas, la synthèse n’est pas réalisée sous atmosphère inerte.
La synthèse de nitrones dans un mortier est possible à condition d’utiliser comme additif un tamis moléculaire de 3 Å qui joue le rôle de catalyseur : les rendements sont quantitatifs et les réactions très rapides (15 min). Dans le cas du broyeur à billes, aucun additif n’a été nécessaire pendant la synthèse : les rendements obtenus sont très bons (71-100 %) et, dans la majorité des cas, meilleurs que dans les synthèses faisant intervenir du solvant. Les temps de réaction sont plus courts (de 30 min à 2 h au lieu de quelques heures ou de quelques jours) et les nitrones sont obtenues après simple filtration du brut réactionnel,...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - GÉRIN (M.) - Solvants industriels, santé, sécurité, substitution - éd. Masson, Paris, p. 250 (2002).
-
(2) - ANASTAS (P.T.), WILLIAMSON (T.C.) - Green Chemistry : Frontiers in Benign Chemical Syntheses and Processes - éds. Oxford University Press : New York, p. 384 (1999).
-
(3) - LOUPY (A.), HAUDRECHY (A.) - Effets de milieu en synthèse organique - éds. Elsevier-Masson, Paris, p. 352 (1996).
-
(4) - WELTON (T.) - All solutions have a solvent - Green Chem., 8, p. 13 (2006).
-
(5) - KAUPP (G.) - Organic solid-state reactions with 100 % yield - Topics Curr. Chem., 254, p. 95-183 (2005).
-
(6) - MA (Y.), QIAN (C.), WANG (L.), YANG (M.) - Lanthanide triflate catalyzed Biginelli reaction. One-pot synthesis of dihydropyrimidinones under solvent-free conditions - J....
ANNEXES
http://www.epa.gov/greenchemistry/
http://www.rsc.org/chemsoc/gcn/
http://www.chemistryguide.org/environmental-chemistry.html/
http://www.environmentalchemistry.com
HAUT DE PAGE
http://neel.cnrs.fr/spip.php?article737
HAUT DE PAGE
http://www.uni-graz.at/∼kappeco/technologyoverview.htm
http://www.microwavesynthesis.blogspot.com
...
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