Transcript Les solvants verts

Le programme
Notions et contenus
Chimie durable:
- Économie d’atomes;
- Limitation des déchets
- Argo ressources
- Chimie douce
- Choix des solvants
- Recyclage
Valorisation du dioxyde de carbone
Compétences exigibles
Extraire et exploiter des informations en
lien avec:
- La chimie durable,
- La valorisation du dioxyde de carbone.
pour comparer les avantages et les
inconvénients de procédés de synthèse
du point de vue du respect de
l’environnement.
La chimie verte
Quelques dates:
 1987: la commission mondiale sur l’environnement et le
développement introduit le concept de développement
durable:
 Début des années 1990: l’agence américaine pour la
protection de l’environnement développe le concept de
chimie verte
La chimie verte
Elle 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
Les douze principes de la chimie verte
Limiter les risques
d’accidents
Eviter les
déchets
Synthèses chimiques
moins nocives pour
l’environnement et pour
l’humain
Analyse en temps
réel pour éviter la
pollution inutile
Concevoir des
produits non
persistants
Maximiser
l’économie d’atome
12 principes
Utilisation de
catalyseurs
Réduction des
dérivés
Utiliser des
matières premières
renouvelables
Concevoir des
produits chimiques
plus sûrs
Solvants et
auxiliaires plus sûrs
Minimiser les
besoins énergétiques
L’économie d’atome
 On veut maximiser le nombre d’atomes de réactifs
transformés au cours de la synthèse.
 Diminution de la quantité de sous-produits
 Réduction de la pollution
L’économie d’atome
 En chimie conventionnelle:
rendement: 𝑟 =
𝑚𝑎 𝑠𝑠𝑒 𝑑𝑢 𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑖𝑡 𝑜𝑏𝑡𝑒𝑛𝑢
𝑚𝑎𝑠𝑠𝑒 𝑡ℎé𝑟𝑖𝑞𝑢𝑒 𝑑𝑢 𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑖𝑡 𝑜𝑏𝑡𝑒𝑛𝑢
× 100
 En chimie verte:
utilisation atomique (UA) =
𝑀(𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑖𝑡 𝑟𝑒𝑐ℎ𝑒𝑟𝑐ℎé)
𝑖(𝑀 𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑖𝑡𝑠 𝑖)
× 100
L’économie d’atome
 Exemple:
CH 3
H 3C
CH 3
C
CH 2
Br
H
+ NaOC2H5
H 3C
C
CH 2
+ HOC2H5 + NaBr
 Utilisation atomique:
U.A =
𝑀(𝑚é𝑡ℎ𝑦𝑙𝑝𝑟𝑜𝑝è𝑛𝑒)
𝑀 𝑚é𝑡ℎ𝑦𝑙𝑝𝑟𝑜𝑝è𝑛𝑒 +𝑀 é𝑡ℎ𝑎𝑛𝑜𝑙 +𝑀(𝑏𝑟𝑜𝑚𝑢𝑟𝑒 𝑑𝑒 𝑠𝑜𝑑𝑖𝑢𝑚)
× 100
= 27
Pour un rendement de 100%, seuls 27% en masse des
atomes sont dans le produit recherché
73% de déchets
La catalyse : un pilier de la chimie verte
 Réduction de la consommation d’énergie
 Augmentation de la sélectivité des réactions
 Diminution des quantités de réactifs utilisés
La catalyse : synthèse de l’ibuprofène
 Procédé Boots: 6étapes
O
O
O
H +
+ CH3COOH
O
A
A
+
O
Cl
+
NaO
+
O
O
OH
+ NaCl
B
O
O
O
B + H3O
+ H
C
C
+
+
O
NH2OH
+ H2O
D
N
OH
O
OH
La catalyse : synthèse de l’ibuprofène
 Procédé Boots: 6 étapes
D
+H2O
E
E
+
N
2H2O
+ NH3
O
IBUPROFENE
UA =
206
(206+308,6)
HO
× 100 = 40
Pour produire 13000 tonnes d’ibuprofène, on forme
20000 tonnes de déchets
La catalyse : synthèse de l’ibuprofène
 Procédé BHC: 3 étapes faisant appel à la catalyse
O
H +
O
HF cat
O
+ CH3COOH
O
A
A
+
H2
Ni de Raney
B
B
+
OH
CO
O
IBUPROFENE
UA =
206
(206+60)
HO
× 100 = 77
L’acide éthanoïque est un sous produit valorisable.
Les réactifs verts
 Exemple: la synthèse de l’isocyanate (industrie des polymères)
- Procédé historique au phosgène:
O
R'OH
RNH2
+
COCl2
R
N
C
+ 2 HCl
O
R
isocyanate
H
N
C
OR'
uréthane
Très toxique
- Procédé Monsanto sans phosgène
O
R'OH
RNH2
+
CO2
R
N
C
isocyanate
Non toxique, facile
d’accès, renouvelable
O
+ H2O
R
H
N
C
uréthane
OR
Les solvants verts
 Les solvants actuels:
- Composés organiques volatils
- Souvent inflammables
- 80 à 90% des déchets de l’industrie pharmaceutique
proviennent du solvant utilisé
- Nocifs d’un point de vue de l’écologie et de la santé
Le 5ème principe de la chimie verte pousse à limiter
l’utilisation de ces solvants, à trouver de plus
sécuritaires.
Les solvants verts
 Les solvants verts:
- Faible toxicité pour l’environnement
- Facile à récupérer et recyclable.
!
Le choix d’un solvant « vert » doit permettre de
maintenir des vitesses de réaction, des
rendements et des sélectivités de réaction
applicables à l’échelle industrielle
Les solvants verts
 Le CO2 supercritique:
- Substitut des solvants
organiques apolaires.
- Non toxique, non polluant, non
inflammable, bon marché.
- Point critique: 31°C, 73,8 bars:
- Forte variation du pouvoir
solvant en fonction de la
température et de la pression
 extraction sélective de
composés
Les solvants verts
 Le CO2 supercritique:
- Travail à basse température
 possibilités de développer des procédés d’extraction
conservant les propriétés chimiques de molécules qui
seraient dégradées par des techniques telles que la
distillation ou l’hydrodistillation.
- La séparation du solvant et de la substance à extraire se
fait par simple dépressurisation: le CO2 redevient
gazeux, on récupère l’extrait sous forme liquide.
 Plus de problèmes de récupération des résidus de
solvant comme avec un solvant organique
Les solvants verts
 Le CO2 supercritique: applications industrielles
- Depuis les années 70: décaféination du café, extraction
résines de houblon pour la fabrication de la bière.
- Agroalimentaire: extraction d’arômes de produits naturels
(vanille, thym, épices…)
- Industrie pharmaceutique: extraction de molécules bio-
actives de plantes médicinales
- Textiles: solvant de nettoyage (afin d’éviter les solvants
chlorés)
- Chimie: séparation des produits/réactifs au cours d’une
réaction
Les agro-ressources
 La chimie du végétal:
 Objectif: augmenter de 20 à 30% en vingt ans la proportion de
biomasse exploitée pour la chimie et l’industrie.
Les agro-ressources
 Les biocarburants de 1ère génération
Les agro-ressources
 Les biocarburants de 1ère génération: les limites
- Concurrence avec les cultures à usage alimentaire.
- Utilisation d’engrais et de pesticides pour une culture
intensive des végétaux.
- Utilisés comme additifs à hauteur de 10%
Les agro-ressources
 Les biocarburants de 2ème génération
- Exploitation de la lignocellulose (présente dans la
paroi des cellules des végétaux) du bois, paille,
résidus et déchets forestiers, cultures dédiées.
- Pas de concurrence avec les cultures à usage
alimentaire
- Peuvent se substituer aux carburants actuels.
Les agro-ressources
 Les biocarburants de 3ème génération (en développement)
- Utilisation des sucres ou lipides produits naturellement
par les microalgues
- Pas de mobilisation de surfaces agricoles ou forestières
- Productivité élevée (rendement 10 à 30 fois supérieur au
colza)
- Utilisation du CO2 pour le processus de photosynthèse
donc absorption des rejets industriels carbonés
Les agro-ressources
 Les biocarburants de 3ème génération (en développement)
- Utilisation des sucres ou lipides produits naturellement
par les microalgues
- Pas de mobilisation de surfaces agricoles ou forestières
- Productivité élevée (rendement 10 à 30 fois supérieur au
colza)
- Utilisation du CO2 pour le processus de photosynthèse
donc absorption des rejets industriels carbonés
Les agro-ressources
 Le développement de produits bio-sourcés
Solutions développées par le groupe Roquette, leader de la
chimie du végétal en France
Bibliographie-sitographie
 La chimie et la nature, Jacques Amouroux, éditions EDP Sciences
 Les défis du cea n° 170 Mai 2012
 http://culturesciences.chimie.ens.fr/content/les-biocarburants-de





la-1%C3%A8re-%C3%A0-la-3%C3%A8meg%C3%A9n%C3%A9ration
http://www.supercriticalfluid.org/ifs/userfiles/Dossier%20themat
ique%20sur%20les%20fluides%20supercritiques%20dec%202010.
pdf
http://spcfa.ac-creteil.fr/spip.php?article656
http://culturesciences.chimie.ens.fr/content/solvants-et-chimieverte-13-les-solvants-en-chimie-organique
http://culturesciences.chimie.ens.fr/node/815
http://culturesciences.chimie.ens.fr/node/787
http://www.ac-nancy-metz.fr/enseign/physique/sc_index.htm