Réactions sans solvant
Idée générale
Les réactions sans solvant sont une option efficace, propre, et non cher. En enlevant le besoin d’un solvant, la réaction est souvent moins toxique puisque les solvants sont une grande source de VOC et sont souvent flammables et hasardeux. Souvent, la peinture, les adhésifs et l'époxy ne contiennent pas de solvant.
Qu’est ce qu’est les fluides supercritiques?
Le point supercritique d’un fluide arrive lorsque le fluide est chauffé au-delà de sa température critique et comprimé au-dessus de sa pression critique. Quand ceci arrive, le fluide à une comportement entre l’état liquide et gazeux avec une masse volumique élevée comme un liquide, un coefficient de diffusivité intermédiaire entre liquide et gaz, et une faible viscosité comme un gaz.
C'est quoi l'idée générale?
Une réaction qui est effectuée avec l’eau comme solvant. Les réactions en conditions aqueuses permettent la collusion des molécules et facilitent les réactions entre molécules. L’eau est polaire et est un bon solvant pour la formation de liaisons hydrogène.
Quelle est la structure et comment est ce qu'on peut définir les liquides ioniques?
Les liquides ioniques sont des sels semi-organiques composés entièrement de cations organiques asymétriques volumineux et d'anions organiques ou inorganiques dont le point de fusion est inférieur à 100 degrés Celsius (« Solvants organiques : solutions environnementales bénignes », 2002).
C'est quoi la structure générale des solvants fluorés?
Les solvants fluorés contiennent des groupements perfluorés ou tous les H d’une molécule sont remplacés par des F. Souvent ce sont des molécules avec de longues chaînes de carbone. Ces groupements perfluorés distinguent les solvants fluorés parce qu’ils sont de grande taille et apportent plusieurs caractéristiques avantageuses pour les réactions biphasées.
Avantages
Réduit les émissions de COV des gaz d'échappement des voitures
La purification par recristallisation dans des solvants organiques n'est pas requise
Rendement élevé et moins de temps pour l'achèvement de la réaction
Avantages et inconvénients
Les avantages incluent une vitesse de séparation augmentée qui permet à une extraction plus vite et une habilité d'arriver à des séparations chirales. De plus, l’absence de tension superficielle et de viscosités négligeables permet au solvant de pénétrer la matrice inaccessible aux liquides. Les désavantages incluent le coût d’une usine qui est plus que 50% plus haut que les usines qui effectuent des extractions non supercritiques. Un autre désavantage est que si les molécules des FSC sont très polaires, elles ne sont pas solubles à la phase mobile.
C'est quoi les propriétés à haute température?
Lorsque la température de l’eau augmente, le produit ionique augmente pendant que sa densité et sa polarité diminuent.
À des températures plus élevées que 200oC l’eau commence à prendre des propriétés des solvants organiques et devient un acide et une base plus forte
À 300oC l’eau a des propriétés similaires à l’acétone à cause de la réduction des liaisons hydrogène de l’eau à des températures élevées.
Quels sont les propriétés générales?
Avoir des points de fusion bas
Avoir une faible viscosité
N'ont pas de pression de vapeur
Avoir une conductivité électrique élevée
Avoir une stabilité thermique élevée
Les liquides ioniques sont de bons solvants
("Organic solvents: Environmentally benign solutions", 2002)
C'est quoi la fonction des réactions biphasés avec solvants avec solvants fluorés?
Les composés fluorés sont insolubles dans la plupart des solvants organiques ainsi qu’avec l’eau à la température de la pièce. Par contre, certains solvants fluorés peuvent former des solutions homogènes avec des solvants organiques à des températures élevées. Les solvants fluorés utilisés ont des points d’ébullition semblables aux hydrocarbures dans la réaction et possèdent une haute solubilité de plusieurs gases. Ceci permet de mettre le catalyseur fluoré dans le solvant fluoré et faire la réaction. En élevant la température, les réactifs forment une solution homogène et redevient biphasé lorsque les conditions normales sont atteintes. Nous pouvons ensuite facilement séparé le produit du catalyseur fluorer parce que le produit se trouve dans la phase organique (Fluorous Synthesis | Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.(APAC), n.d.).
Inconvients
Les réactifs homogènes doivent se mélanger à un système de réaction
Des solvants sont nécessaires lors de l'extraction
Inadapté aux réactions chimiques assistées par solvant
Haute viscosité dans les systèmes réactionnels
CO2 supercritique
Le CO2 supercritique est le FSC le plus utilisé. Il est très populaire à cause du fait qu’il est non toxique, non polluant et non inflammable. De plus, sa température critique est 31oC ce qui est proche de la température de l’ambiante et une pression élevée critique de 74 bar. De plus, le CO2 est facilement disponible et n’est pas cher.
Quels sont les avantages?
D'origine naturelle
Non toxique et non-flammable
Les réactions exothermiques peuvent être contrôlées de manière plus controlé
Possibilité de remplacer les COV
Quels sont les avantages et inconvénients?
L'avantage majeur de l'utilisation de liquides ioniques comme solvant est leur très faible pression de vapeur, un autre avantage est le fait qu'ils peuvent souvent agir à la fois comme catalyseur et comme solvant.
Le principal inconvénient de l'utilisation de liquides ioniques est leur toxicité et, malgré le potentiel de recyclage, leur élimination finale n'a pas encore été établie ("Organic solvents: Environmentally benign solutions", 2002).
Quels sont les advantages?
Séparer le produit et le catalyseur très facilement après la réaction
Les solvants fluorés possède les caractéristiques avantageuses suivantes
Non toxique
Hautement inerte
Stabilité thermique
Inflammabilité minime
Hydrophobe
Utilisé pour l’oxydation puisque l’oxygène est très soluble dans les solvants fluorés
C'est quoi le "grinding"?
Le grinding, ou la mouture, est une méthode sans solvant rapide, efficace, polyvalente et durable. La technique demande de broyer des molécules ensemble pour favoriser les liaisons d’hydrogène sans besoin d’un solvant ou d’un catalyseur. En broyant les molécules, nous pouvons transmettre assez d’énergie pour briser et former des liaisons carbone-carbone et carbone-métal (Lim, 2016).
Utilisation du CO2 supercritique pour les extractions
Pour effectuer une extraction avec le CO2 supercritique, nous devons ajouter la biomasse à la cuve d’extraction. Ensuite nous apportons chaque récipient à la pression nécessaire en utilisant le CO2. Les composés sont ensuite extraits de la biomasse et le CO2 est enlevé par ébullition pour évaporer le CO2 qui est ensuite condensé en liquide pour être stocké dans un accumulateur. L’extrait est ensuite collecté.
Quels sont les inconvénients?
Il est difficile de chauffer ou de refroidir rapidement
La distillation est énergivore
Les flux de déchets contaminés peuvent être difficiles à traiter
Un exemple des liquides ioniques lorsqu’il est utilisé comme un catalyseur
Un exemple de liquides ioniques en tant que catalyseurs sont les courants de raffinat de raffinerie contenant des niveaux élevés de butènes qui peuvent être polymérisés pour donner des matériaux dont le poids moléculaire varie ("Organic solvents: Environmentally benign solutions", 2002). Des réactions comme celle-ci sont rapides et ont un taux de conversion d'environ 90 % et sont atteint avec succès en 30 minutes. Le principal avantage de réactions comme celle-ci est le traitement du produit.
Quels sont les incovénients?
Coûts de matériels élevé
Les effets à long terme des déchets sur l’environnement sont inconnus.
Exemple d’une réaction sans solvant
Un exemple de réaction sans solvant est la production d’un complexe Cu(II) phthalocyanine. Tous les réactifs sont dans la phase solide et la réaction est exécutée en utilisant la synthèse organique assistée par le rayonnement de micro-ondes. Les micro-ondes réchauffent les réactifs pour effectuer la réaction sans solvant (Sharma et al., 2010).
Décrit un exemple d'une extraction?
Un exemple d’extraction grâce au CO2 supercritique est la decaffeination des graines de café. Avant que les graines se font rôti, du CO2 supercritique se fait pompé dans un récipient dans le but de dissoudre la caféine des graines. Le dioxyde de carbone se pompe dans l’extracteur pendant 8 à 12 heures. Finalement, la pression est diminuée et le CO2 revient à son état gazeux. Le dioxyde de carbone peut ensuite être réutilisé après avoir passé par des filtres de charbon.
Décrit un exemple d'une réaction en condition aqueuse
Les réactions de précipitation sont un exemple de réactions sous conditions aqueuses. Il y a un échange d’ion entre les composés dans une solution aqueuse pour créer un produit insoluble qui s'appelle le précipiter. Un précipité de AgCl(s) est formé avec le Ba(NO3)2(aq) à partir du BaCl2(aq) et AgNO3(aq). D’autres types de réactions en conditions aqueuses incluent la neutralisation des acides-bases et les réactions d’oxydation (Chemical Reactions in Aqueous Solutions | Protocol, 2021).
C'est quoi un exemple lorsqu’il est utilisé comme un solvant?
Un exemple de liquides ioniques en tant que solvant sont les réactions de Diels-Alder, ces réactions se sont avérées similaires aux réactions où l'eau est utilisée comme solvant (« Solvants organiques : solutions environnementales bénignes », 2002). Bien que similaire aux réactions utilisant des solvants aqueux, l'utilisation de liquides ioniques, comme les réactions de Diels-Alder, améliore considérablement la facilité de récupération et de recyclage.
Quelle est la structure nécessaire pour les catalyseurs?
Les catalyseurs doivent être solubles dans la phase fluoré. La structure joue un rôle important pour effectuer la solubilité des catalyseurs dans la phase fluorés. Il est nécessaire d'incorporer des ligands qui contiennent des liaisons C-F qui sont hautement fluorés (aussi connus comme des ‘ponytails’). Puisque ces liaisons veulent enlever les électrons, l’effet catalytique des métaux de transition est réduit ce qui peut être réglé en ajoutant des groupements CH2 près du métal de transition (Alder, et. al., 2016).