Chimie

La chimie peut aussi se faire à la maison. Vous pouvez suivre les protocoles proposés chez vous et impressionner votre entourage. Quelques techniques sont aussi proposées lors d'ateliers au cours de l'année, au FabLab espace Biologie/Chimie.

Saponification à froid

Principe de la technique

La saponification en générale est une réaction chimique dont le produit final est un savon. Elle a lieu entre deux composés: une molécule grasse, qui peut être une huile ou un beurre d'origine végétale ou animale et une base, qui peut être forte, faible ou un sel basique. Il s'agit d'une réaction lente, mais totale, donc tous les réactifs seront consommés. Un exemple de réaction de saponification est représenté ci-dessous:image.png

Il est donc possible de faire son propre savon, chez soi avec quelques ingrédients que l'on peut facilement trouver dans notre supermarché. Deux procédés principaux de la saponification existent: à chaud et à froid. Dans le protocole présenté ici, il s'agit de la saponification à froid, c'est-à-dire sans chauffage.

Calcul des masses des réactifs

En fonction du corps gras utilisé, les quantités de soude et d'eau ajoutées ne sont pas les mêmes. L'indice de saponification correspond à la quantité en mg de soude nécessaire pour saponifier 1g d'un composé gras donné. Il est spécifique à chaque huile ou beurre. Pour avoir la masse de soude nécessaire en gramme selon l'huile ou le beurre utilisé, on divise directement l'indice de saponification (IS) par 1000. 

Il faut donc calculer la masse de soude nécessaire pour chaque composé gras utilisé et les additionner pour avoir la masse de soude nécessaire totale pour la synthèse du savon.

De plus, la quantité d'eau recommandée pour faire la solution de soude est située entre 30 et 33% de la masse totale des corps gras, c'est-à-dire que pour 100g de corps gras utilisés, on peut faire la solution de soude dans 30g d'eau déminéralisée. 

Si l'on veut avoir un savon plus doux et moins desséchant, il est possible de faire un surgraissage. Au cours de la réaction, il est possible d'ajouter 5 à 10% d'huile de la masse totale des corps gras. Cette quantité ajoutée ne réagit pas et n'est donc pas transformée. 

Précaution

La soude est un composé très corrosif (pH très basique), il faut donc la manipuler en se protégeant et donc en portant une blouse, des gants et des lunettes de protection. 

Protocole

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Pour ce protocole, on choisit d'utiliser 85g d'huile d'olive et 15g d'huile de colza, dont les IS sont respectivement de 135 et 124. 

On décide de faire un surgraissage à 8% d'huile d'olive. On ajoute donc 8g d'huile d'olive pendant la réaction. 

Enfin, la masse d'eau est de 33g. 

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Le savon va se solidifier plus ou moins rapidement. Il est cependant important de le laisser sécher au moins 1 mois ou plus pour prolonger son utilisation. 

Le résultat final :

Polymérisation de la résine : Processus de Fabrication de Moules

Description Générale 

La réaction de la polymérisation est une réaction chimique au cours de laquelle de petites unités moléculaires - monomères, se combinent de manière répétée pour former de longues chaînes moléculaires - polymères. 

La polymérisation de la résine permet d'obtenir une structure polymérique solide à partir des monomères suite à la mélange de la résine avec le durcisseur. Cette réaction est exothermique c'est-à-dire que suite à ce processus on peut observer le dégagement de l'énergie sous forme de chaleur. Elle déclenche l'assemblage des monomères dans les structures polymériques tridimensionnelles accompagné par la solidification du matériau. 

Les moules produites grâce à cette réaction sont assez flexibles et résistantes à l'usure. 

Protocole 

Protocole amélioré pour la fabrication d'un moule flexible en résine polyuréthane :

1. Préparation des composants 

   - Assurez-vous que les composants A et B de la résine polyuréthane sont à température ambiante.
   - Mesurez avec précision 30g de composant A et 30g de composant B à l'aide d'une balance à précision.

2. Mélange des composants 
   - Dans un récipient propre et sec, versez le composant A, suivi du composant B, en respectant la proportion de 30g pour 30g.
   - Mélangez vigoureusement les deux composants pendant environ 1 à 2 minutes, en veillant à obtenir une homogénéité complète.

3. Observation de la réaction exothermique 
   - Pendant le mélange, soyez attentif au dégagement de chaleur résultant de la réaction exothermique entre les composants. Cela est normal et témoigne de l'activation du processus de durcissement.

4. Transfert dans le moule 
   - Une fois le mélange homogénéisé, versez la substance dans le moule préalablement préparé et parfaitement sec.

5. Durcissement initial 
   - Laissez la résine polyuréthane se durcir dans le moule pendant environ 4 minutes.

6. Démoulage du moule flexible 
   - Après un temps total d'environ 12 minutes, vous pouvez démouler le moule flexible. Assurez-vous que le durcissement est suffisamment avancé pour obtenir une structure solide mais suffisamment souple pour permettre un démoulage facile.

Fiche technique : éléctrochimie

L’électrochimie :

Définition :

L'électrochimie c'est l'étude scientifique des transformations de l’énergie chimique en énergie électrique. Une réaction électrochimique, c'est tout simplement une réaction aura lieu un transfert de charge en phase hétérogène donc une phase solide qui sera l’électrode et une phase liquide.

Électrode c'est une pièce conductrice généralement en métal qui sera lié à un appareil électrique (voltmètre) 

2 types d’électrode : 

      1.   De première espèce : un métal qui plonge dans un de ses sels (électrode d'Ag dans une solution d'argent)
      2.   De seconde espèce : métal qui plonge dans un sel peu soluble et un sel à anion commun
      3.   De troisième espèce : métal inerte qui plonge dans une solution contenant l’oxydant et le réducteur

Exemple : pile électrochimique 

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L'électrode de cuivre attire les électrons vers lui, c'est la cathode, la borne positive de la pile.  Du coté de l'électrode de zinc, il y a oxydation, elle est est progressivement consommée. 

Réactions associées : 

Zn(s) = Zn2+ + 2e- 

Cu2+ + 2e- = Cu(s)

Cu2++Zn(s) = Cu(s) + Zn2+

Pour mettre en place tout cela : 

Matériel nécessaire : 
Protocole expérimental :

Spectrométrie de masse

La spectrométrie de masse est une technique permettant d'identifier la structure des composants dans un échantillon et de déterminer leur masse moléculaire. Elle est utilisée dans les domaines de la biologie, la chimie, la pharmacologie, la médecine légale…

Cette technique se base sur le principe d'ionisation des molécules et leur séparation en fonction de leur rapport masse/charge m/z. Elle consiste en 3 étapes principales: 

image.png1- Ionisation : Les molécules de l’échantillon sont ionisées, soit par retrait ou ajout d’un électron ou d’un proton, créant ainsi des particules chargées (ions) qui peuvent être manipulées par des champs électriques et magnétiques.

2- Séparation : Les ions sont séparés en fonction de leur rapport masse/charge à l’aide de champs magnétiques et/ou électriques. Différents types d’analyseurs de masse sont utilisés à cet effet, tels que les quadrupôles, les pièges à ions et les analyseurs de temps de vol (TOF).

3- Détection : Les ions séparés sont détectés, généralement en mesurant le courant généré lorsqu’ils frappent un détecteur. L’intensité du signal est proportionnelle au nombre d’ions avec un rapport masse/charge particulier.

4- Analyse des données : Les données résultantes, souvent représentées sous forme de spectre de masse, sont analysées pour déterminer la masse moléculaire et, dans certains cas, la structure des composés de l’échantillon.

Source d'ionisation:

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L'ionisation dure permet une fragmentation importante des molécules contrairement à l'ionisation douce. 

1- Impact électronique:

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AVANTAGES:
- reproductible

- bases de données disponibles

INCONVENIENTS:
Génération de beaucoup de fragments et l'ion moléculaire est très faible en intensité.

2- Impact chimique:

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AVANTAGES
- Peu voire pas de fragments (spectre clairs), présence de forme pseudo-moléculaire

INCONVENIENTS
- gaz à ajouter dans la source, côté moins pratique et coûts plus élevés 

3-Electrospay

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Types de Détecteurs


spectrometrie de masse.pdf

Création d’encre ferro-gallique

Qu’est ce que l’encre ferro-gallique :   

Cette encre médiévale s’appelle une encre ferro-gallique, cela est du aux sels métalliques (sulfate de fer) qui entrent dans sa composition. Il est nécessaire de manipuler ces sels métalliques avec précautions en mettant des gants, car ils sont irritant pour la peau. La plupart des ingrédients nécessaire à la fabrication de l’encre métallo-gallique sont trouvables chez un droguiste.

Les Egyptiens connaissaient déjà la réaction des sels de fer sur les extraits de galles. Mais il faut attendre le moyen-âge pour que l'encre ferro gallique se répande en Europe, au point de devenir le véhicule de toutes les écritures durant huit cents ans. Elle est appréciée pour sa facilité de fabrication et sa stabilité. On possède des manuscrits vieux de dix siècles écrits avec cette encre : elle n'a rien perdu de sa noirceur.
Jusque vers 1850 c'est l'encre unique que l'on utilise en France. Les dessinateurs, en particulier, s'en servent pour le trait et pour le lavis, en concurrence avec le bistre, la sépia et plus tard l'encre de chine (beaucoup plus visqueuse). Indélébile, très fluide, elle est appréciée pour les écritures officielles : c'est
« l'encre de l'état civil » du XIX° siècle. Le résidu de la filtration forme une boue noire qui servait au marquage des emballages militaires et des tonneaux. En 1974 elle était encore utilisée en Allemagne pour certaines écritures administratives.

Ingrédients

1) Les noix de galle (acide gallotannique)
Les noix de galles sont des croissances sphériques trouvées sur les chênes. Leur développement est
déclenché lorsque les insectes perforent des branches d'arbre et des brindilles là où ils déposent
ensuite leurs œufs. Lorsque les larves éclosent, elles se nourrissent de l'arbre et sécrètent un irritant.
Les galls sont le mécanisme de défense de la plante. Au fur et à mesure qu'elles grandissent, elles
fournissent un abri et de la nourriture aux larves jusqu'à leur maturité et sont capables de mâcher
leur chemin.

image.pngimage.png

Les noix de galle sont utilisés comme source des tanins - des polyphénols qui peuvent être extraits
de diverses parties de plantes (écorce, feuilles, gousses, fruits, noix ). Le tanin peut également être
extrait d'autres sources telles que le bois ou l'écorce de châtaignier, de chêne, de Sumach, des
grenades.

L'acide gallotannique est le type de tanin, et ce sont les groupes d'acide gallique dans l'acide
gallo-annique qui réagissent avec le sulfate de fer pour créer le complexe tanate ferrique coloré.
L'hydrolyse de l'acide gallotannique pour produire de l'acide gallique et de l'eau peut être
réalisée en utilisant des acides ou en laissant fermenter la solution de tanin .

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2) Le sulfate de fer II ou sulfate ferreux - FeSO4*7H2O
Utilisé comme source de fer. En mélangeant du tanin avec du sulfate de fer, un complexe
soluble dans l'eau se forme. Du fait de sa solubilité, l'encre est capable de pénétrer la surface
du papier, ce qui rend difficile l'effacement. Lorsqu'il est exposé à l'air, il se transforme en
un tannate ferrique, qui est un pigment plus foncé pas soluble dans l'eau, ce qui contribue
à sa permanence en encre d'écriture.Le processus d'obscurcissement de l'encre est dû à l'oxydation des ions de fer (Fe 2+) à (Fe3+) par l'oxygène de l'air. Pour cette raison, l'encre liquide doit être stockée dans un flacon bien arrêté, et
devient souvent inutilisable après un certain temps.


3) Gomme arabique
Il est utilisé comme liant en encres et en peintures et peut être trouvé sous forme de grumeaux
transparents allant du jaune pâle à l'orange.
La gomme arabique sert de nombreux objectifs dans une encre: elle rend l'encre plus visible,
améliorant son écoulement à partir du stylo; elle maintient les particules pigmentaires insolubles en
suspension; elle aide à lier l'encre à la surface d'écriture; et elle donne plus de brillance et de
profondeur de l'encre.

Matériel nécessaire à la manipulation :
Protocole : 

Il faut commencer par piller les noix de galle en petits morceaux, puis mettre ces morceaux dans une casserole avec l’eau de pluie.

Mettre ensuite ce mélange à bouillir, jusqu’à ce que la quantité d’eau soit réduite de moitié.

Ensuite après avoir laisser refroidir, il faut filtrer le mélange à travers un linge, puis le remettre sur le feu.

Une fois que le mélange recommence à bouillir, mettre la gomme arabique pilée et attendre qu’elle se dissolve en mélangeant.

Il faut ensuite ajouter sulfate de fer, et remuer quelques secondes.

Enfin, il faut retirer le mélange du feu et bien le mélanger pour que tout les ingrédients soit bien dissous.

Laisser ensuite l’encre à l’air libre dans la casserole pendant une nuit, ce qui la rendra plus brillante et plus noire .

Le lendemain, il faudra filtrer l’encre dans un morceau de tissus, puis la mettre dans un flacon ou une bouteille hermétique.

L’encre est maintenant prête à être utilisée !

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La chimie derrière la création de l’encre ferro-gallique

Les encres ferro-galliques sont des préparations élaborées, comportant bien entendu du fer, mais aussi des tanins, ces substances organiques que l’on trouve dans de très nombreux végétaux : pépins de raisins ou écorces de chêne ; on les retrouve typiquement dans le vin, mais aussi le thé. Un exemple de précurseur de tanin bien connu est l’acide gallique, un dérivé du phénol présent dans la noix de galle, d’où le nom « ferro-gallique » donné à l’encre.
La recette générale des encres ferro-galliques est la suivante  : on prend de l’extrait de noix de galle, ce qui revient à en récupérer l’acide gallique  et on le mélange avec du sulfate de fer. On obtient un précipité noir qui peut alors être utilisé comme encre. Que se passe-t-il chimiquement? Il se produit en fait une réaction entre l’acide gallique et les ions Fe2+ du sulfate de fer, qui, en présence de l’oxygène ambiant, conduisent à une oxydation de Fe2+ en ions Fe3+, avec la formation d’un complexe dit binucléaire.
Déjà connue dans l’Antiquité et très répandue au Moyen Âge, cette recette s’est affinée au cours du temps par l’ajout d’un « liant » tel que la gomme arabique, dont le rôle est d’ajuster la viscosité de l’encre et faciliter l’écriture.


Extraction d'acide carminique à partir de cochenilles

L'acide carminique est un colorant naturel qui peut être obtenu par séchage de cochenilles (un insecte hemiptère, parasite de plantes), nottament l'espèce Kermes vermilio qui se développe sur le chêne en Europe, ou l'espèce Dactylopius coccus qui se développe sur des cactus du genre Opuntia (comme le figuiers de Barbarie) en Amérique du Sud. De nos jours, le pigment carmin est un complexe d'acide carminique et d'aluminium, les cochenilles sont toujours récoltées à la main principalement au Pérou.

16283.webp  Imagen-Producto-Canario-Cochinilla-dt-02.jpg(images libres de droit)

Récolte de cochenilles en Amérique du Sud 

Depuis que nous avons une plante parasitée par une espèce de cochenille farineuse, l'idée est venue de tester une extraction du colorant.

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photo au microscope d'une cochenille collectée sur la plante du Fablab (Epiphyllum chrysocardium)

Procédure d’extraction de l’acide carminique :

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MATÉRIEL :

Chromatographie

But : La séparation des composants chimiques dans un mélange par la migration sur la phase mobile (liquide ou gaz) et la phase stationnaire (papier ou gélatine). Il existe deux types de chromatographies : analytique - identification des composants dans un mélange, et préparatoire - purification des constituants.1


Principe : La migration des composants se fait selon leur affinité à la phase. La vitesse de migration caractéristique à chaque composant permet d’effectuer la séparation. L’échantillon avec des composants est dissous par une phase mobile et est entraîné à travers la phase stationnaire. Il existe plusieurs interactions entre les composants du mélange et la phase.

Chromatographie selon le type d'interaction :

Chromatographie d’adsorption - chromatographie avec une phase stationnaire solide avec des propriétés absorbantes et une phase mobile liquide. La séparation s’effectue selon la force d’absorption de la phase solide et la force d’élution de la phase mobile liquide.

Figure 1 : Principe de la chromatographie à deux dimensions sur papier

chromatographie.webp

https://www.universalis-edu.com/medias/media/chromatographie-sur-papier-v050761

Chromatographie de partage - séparation dans deux phases liquides non miscibles.

Chromatographie à échange d’ions - séparation selon les groupes chargés. La phase stationnaire est une matrice immobile avec des charges opposées à celles de l'échantillon. Les groupes ionisés de l’échantillon sont retenus sur la phase stationnaire suite à leur interaction avec les charges opposées. On utilise les contre-ions pour la phase stationnaire et mobile afin d'équilibrer des charges. Cette interaction résulte d'une mise en jeu de loi de Coulomb.

Figure 2 : Illustration de la chromatographie échangeuse d'ions : schéma de l'échange anionique

Schéma_de_l'échange_anionique.jpg

https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/7/7b/Sch%C3%A9ma_de_l%27%C3%A9change_anionique.jpg/500px-Sch%C3%A9ma_de_l%27%C3%A9change_anionique.jpg

Chromatographie d'exclusion stérique - chromatographie en phase liquide permet de séparer les composants en fonction de leur taille. La phase stationnaire est normalement un gel composé des billes poreuses. Selon la taille des composants ceux-ci seront inclus ou exclus des billes. Souvent utilisée pour l'étude des polymères. Il existe 2 types : chromatographie sur gel perméable et filtration sur gel. 

Attention : ce type de séparation ne se base pas sur l'affinité mais sur la taille des molécules

Figure 3 : Illustration de la chromatographie d'exclusion stérique avec un exemple de chromatogramme 

PAK_SECdiagram.fr_FR.png

https://labster-image-manager.s3.amazonaws.com/f12e5471-1697-45ff-b14e-3c030481129e/PAK_SECdiagram.fr_FR.png

Chromatographie selon le type de phase :

  1. Le mélange à analyser est déposé sur la plaque chromatographique (exemple : plaque d’aluminium recouverte de gel de silice ou d'un papier filtre)
  2. La plaque est mise en contact de l'éluant (c'est un solvant, exemple : dichlorométhane)
  3. L'éluant migre de bas en haut par capillarité
  4. Les composants du mélange déposés migrent vers le haut suite à la migration de l'éluant
  5. Chaque composant migre différemment selon sa taille, il s'agit de la migration différentielle
  6. Ensuite, on effectue l'analyse comparative

N'oubliez pas de mettre les témoins sur la ligne de dépôt

Il existe de nombreux révélateurs (exemple : la vanilline)

Liste des révélateurs selon les composés à détecter

La vanilline est un révélateur courant car il se lie à de nombreuses fonctions chimique.

On peut révéler la migration avec des UV avant de faire une révélation chimique.

N'oubliez pas de fixer des rideaux et de porter des lunettes de protection lors de l'utilisation des UV

La visualisation au UV est rapide et non destructive mais tous les produits ne révèlent pas avec la même intensité aux UV.

 

Figure 4 : Boite en bois équipée d’une lampe UV

Voici un exemple de 2 révélations : on teste ici des jus de poivrons (infecté par un champignon B.cinerea, traité à l'eau, traité à la cellulase) dont on sait qu'il contient une ou plusieurs molécules antifongique, comme le capsidiol. Une révélation chimique avec de la vanilline (à droite) sert à identifier les molécules présentes dans les jus. Une révélation biologique avec une pulvérisation de spores (à gauche) sert à identifier quels composés à une activité antifongique.

  1. L'échantillon est dilué dans un étalon inerte de concentration connue → gaz vecteur
  2. Le mélange liquide est placé dans une chambre à haute température pour la vaporisation
  3. A la sortie de la chambre, les composants gazeux sont entrainés par la phase mobile un courant de gaz inerte
  4. La phase stationnaire utilisée est la colonne polaire (remplie ou capillaire)4
    La vitesse de migration est associée à l'affinité du composé à la phase stationnaire ou à la phase mobile
  5. Analyse comparative par chromatogramme. L'apparition des pics est corrélée avec la vitesse de migration
  6. Détermination de la concentration de l'espèce identifiée en se basant sur la valeur de l'aire de pic

Figure 5 : Chromatogramme d'un mélange d’alcanes

chromatogramme_c.png

https://culturesciences.chimie.ens.fr/sites/default/files/2021-05/chromatogramme_c.png

  1. Dissolution du mélange dans un solvant approprié

  2. Injection de l'échantillon dans le système chromatographique

  3. La phase mobile (solvant ou mélange de solvants) est pompée à travers la colonne

  4. Les composants sont séparés dans une colonne remplie de phase stationnaire solide ou liquide immobilisée

  5. Les composants interagissent différemment avec la phase stationnaire, entraînant leur séparation selon leur affinité

  6. Les composants séparés passent par un détecteur (UV-Vis, fluorescence, etc.)

  7. Un chromatogramme est généré, où chaque pic représente un composant distinct

Avantages et Inconvénients : 

Tableau 1 : Avantages et Inconvénients de chaque type de chromatographie selon le type d'interaction5

Type d'interaction Exclusion stérique
Échangeuse d'ions Adsorption Partage
Résolution Résolution modérée Résolution modérée à élevée Faible
Bonne résolution
Capacité Capacité modérée Haute capacité Capacité élevée 
Capacité modérée à élevée

Observations diverses

 

Inconvénients

-Moins adaptée pour les petites molécules

-Moins de sélectivité pour des composés similaires en taille

 

 

Avantages 

+Utilisable pour changer de tampon

+Compatibilité avec les détergents

Inconvénients

-Nécessite des contre-ions appropriés

-Temps d'analyse plus longs

 

 

 

Avantages 

+Très bonne sélectivité

+Larges domaines d'application

Inconvénients

-Sensible aux variations de la composition de la phase mobile

-Coût en solvants élevé

 

 

 

Avantages 

+Moins sensible aux variations de la température



 

Inconvénients 

-Technique limitée avec des masses moléculaires élevées

-Sensible aux impuretés dans les colonnes

 

 

Avantages 

+Technique simple

 

Tableau 2 : Avantages et Inconvénients de chaque type de chromatographie selon la phase

Type d'interaction Chromatographie sur Couche Mince (CCM/TLC) Chromatographie en Phase Gazeuse (CPG/GC) Chromatographie en Phase Liquide (CPL/LC)
Résolution Faible à modérée Résolution élevée Bonne résolution
Capacité Capacité limitée Capacité élevée Capacité modérée à élevée

Observations diverses

 

Inconvénients

-Limité aux analyses quantitatives 

-Sensibilité limitée

 

Avantages 

+Technique simple et économique

+Rapidité

Inconvénients

-Nécessite des composés volatils

-Coûteuse

 

Avantages 

+Rapidité

+Grande capacité de séparation

Inconvénients

-Temps d'analyse plus long

-Coûteuse

 

 

Avantages 

+Haute résolution

+Compatibilité avec un large gamme de détecteurs 



 

.

Références : 
  1. https://fr.wikipedia.org/wiki/Chromatographie
  2. https://www.maxicours.com/se/cours/realiser-une-chromatographie-sur-couche-mince--seconde--physique-chimie/
  3. https://www.maxicours.com/se/cours/les-applications-de-la-chromatographie/
  4. https://culturesciences.chimie.ens.fr/thematiques/chimie-analytique/chromatographie/la-chromatographie-en-phase-gazeuse-principe
  5. https://planet-vie.ens.fr/thematiques/manipulations-en-laboratoire/la-chromatographie

Méthode de Résonance Magnétique Nucléaire (RMN)

Introduction et Principe:

La Résonance Magnétique Nucléaire (RMN) est une technique analytique puissante utilisée en chimie pour déterminer la structure des molécules, leur dynamique, ainsi que les interactions entre molécules. La RMN repose sur les propriétés magnétiques des noyaux atomiques et est particulièrement utile pour l'analyse des composés organiques.

Les noyaux atomiques possédant un spin nucléaire, lorsque soumis à un rayonnement électromagnétique, absorbent et ensuite relâchent l'énergie du rayonnement. L'énergie absorbée correspond à une fréquence spécifique, permettant l'observation des propriétés quantiques magnétiques des noyaux. Les noyaux actifs RMN tels que ^1H, ^13C, ^15N, ^19F s'alignent selon ou contre le champ magnétique appliqué. Ensuite, une onde radiofréquence est appliquée, provoquant la transition des noyaux entre états d'énergie. Lors du retour à l'état de base, les noyaux émettent des signaux détectés et convertis en spectre RMN.

La spectrométrie de RMN est la technique la plus utilisée pour étudier cette propriété, par plusieurs disciplines en chimie (organique, inorganique, sciences des matériaux) et biochimie (structure des molécules). Un autre domaine d'application très important est l'Imagerie par Résonance Nucléaire (IRM). 

Les bases théoriques:

Le spectromètre RMN:

Le spectromètre RMN est l'instrument de mesure utilisé pour l'analyse par spectroscopie RMN. Il y a plusieurs types:

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 Préparation et Acquisition des Données :

Choix du Champ Magnétiques - Recommandations: 

 Interprétation des Spectres :

Logiciels :

Utilisation de logiciels de traitement et d'interprétation des spectres RMN -> TopSpin, MestReNova 

Fiche technique : réactions organiques simples

Cette page a été écrite en reprenant le contenu du cours du LU2Ci002, chimie organique 1, de Ludovic Jullien, Giovanni Poli et Serge Thorimbert de l'année universitaire 2020-2021 à Sorbonne Université. 

Introduction

Cette page a pour but de vous introduire la chimie organique, à travers quelques réactions simples, la substitution nucléophile (SN) et l'élimination (E), sur des fonctions monovalentes. Ces fonctions correspondent à une famille d'espèces chimiques, où la fonction comporte un atome X (ou un groupe d'atomes) électronégatif directement lié à l'atome de carbone C tétraédrique. Cette fonction peut être un halogène (Cl, Br, I), un alcool (OH) ou amine (NR1R2).

image.pngSchéma d'une molécule possédant une fonction monovalente

Afin de simplifier les choses, nous allons nous focaliser sur les dérivés halogénés (X = Hal).

Substitution nucléophile

Il existe deux types de substitution nucléophile, la SN2 et la SN1. La substitution nucléophile se fait en présence d'un nucléophile Y-, possédant au moins un doublet non liant. Elle s'effectue en une étape au cours de laquelle la formation de la liaison C-Y et la rupture de la liaison X-C ont lieu en même temps et un état de transition est observé dans le cas de la SN2. Tandis que pour la SN1, ces deux étapes se font successivement, indépendamment l'une de l'autre.

image.pngBilan réactionnel d'une substitution nucléophile sur un dérivé halogénéimage.pngMécanisme réactionnel d'une SN2 sur un dérivé halogéné

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Mécanisme réactionnel d'une SN1 sur un dérivé halogéné

Élimination

Tous les nucléophiles n'entrainent pas de réactions de substitution, il peut arriver de faire face à une élimination à la place, notamment lorsqu'il est basique B-. Le dérivé halogéné est éliminé pour former une double liaison carbone-carbone. Il existe trois types d'élimination, la E2, la E1 et la E1cB. 

image.pngExemple de réaction d'élimination (l'alcène obtenu le plus majoritaire correspond à celui qui est le plus substitué c'est-à-dire avec le moins d'atomes d'hydrogène sur la double liaison)

Semblable à la SN2, la E2 se fait une unique étape au cours de laquelle la formation de la double liaison C=C et la rupture des liaisons C-H et C-X ont lieu simultanément. 

image.pngMécanisme réactionnel d'une E2

Pour les E1 et E1cB, on observe deux étapes. Lors de la E1, un carbocation est formé, à l'issue de la rupture de la liaison C-X. La seconde étape constitue simultanément la rupture de la liaison C-H et la formation de la liaison C=C. Tandis que pour la E1cB, la rupture de la liaison C-H se fait en premier pour formé en carbanion, qui réagit ensuite pour former la liaison C=C et rompre la liaison C-X. 


image.pngMécanisme d'une E1 sur un dérivé halogéné. La libre rotation de la liaison C-C du carbocation détermine l'obtention possible de deux dérivés éthyléniques.

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Mécanisme d'une E1cB sur un dérivé halogéné.

Réalisation d'un objet en résine à partir d'un moule en silicone

Pour créer notre objet en résine , il nous faut un moule de la forme de notre objet afin de pouvoir y couler la résine. Nous devrons donc avant toute chose concevoir ce moule en silicone. Pour réaliser ce moule , il nous faut une version prototypée de notre objet. Cette première version de notre objet sera imprimée en 3D. Comme objet , j'ai choisie de réaliser une fusée.

Modélisation 3D de l'objet et impression

Pour la modélisation 3D , j'ai utilisée le logiciel open source Blender. Dans un premier temps , j'ai tenté de suivre le début d'un tutoriel sur youtube pour réaliser ma fusée https://www.youtube.com/watch?v=3cctPtVxomE mais j'ai finalement pris quelques libertés pour rendre le projet plus simple et adapté à une première modélisation et impression 3D.  J'ai d'abord fait un cylindre pour l'élément principalement de ma fusée que j'ai extruder plusieurs fois. J'ai ensuite fait un cylindre de plus petite taille également extruder pour lui donner cette forme si particulière. J'ai dupliqué et effectué une rotation afin de pouvoir placer ces quatre "propulseurs". Afin de réduire les contraintes pour l'impression 3D de cette fusée , j'ai fait une face plane. Pour la réussite de ce projet , quelques modifiers ont été appliqué tel qu'un booléen pour unir les différentes pièces entre elle et une subdivision de face afin de rendre la surface plus lisse. Ne pas oubliez de joindre ses différentes parties pour que l'objet ne soit pas sous divisé lors de l'impression. La modélisation de votre objet peut avoir de nombreuses conséquences sur votre impression 3D. 

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J'ai réalisé en tout trois impression 3D due à des erreurs de modélisation. Pour la première , je n'ai pas joint les différentes parties de ma fusée ce qui a subdivisé ma fusée lors de l'impression. Pour la deuxième version , joindre ne suffit pas à avoir un seul objet , il faut insérer la notion de booléen pour unir les volumes. Pour la troisième version , j'ai introduit le modifier booléen et j'ai augmenté la subdivision de face afin d'avoir le rendu le plus arrondi possible.

Pour une rapidité d'impression optimale , j'ai choisi d'utilisé les imprimantes 3D Pursa. Afin d'utiliser les imprimantes 3D dans les meilleures conditions , n'hésitez pas à regarder la documentation Wiki sur les imprimantes 3D mais également à respecter les règles d'usage du fablab. Pour n'importe quelle impression 3D , il faut utiliser un slicer qui va nous permettre de convertir notre modèle 3D en une série de couches 2D compréhensible par la machine. L'épaisseur des couches ( 0,2 mm)  et la densité de remplissage (15%) de l'objet sont les seuls paramètres que j'ai modifié. Après avoir exporter mon modèle en STL pour l'importer dans le PursaSlicer , j'ai pu augmenté l'échelle de mon objet. Le slicer peut rajouter des cadres afin de faciliter l'impression par rapport à l'objet. Dans mon cas , seule une base plane a été utilisé. 

Il faut exporter son fichier à partir du PursaSlicer sur une clé USB pour les imprimantes Pursa. N'oubliez pas de noter dans le cahier les informations relatifs à votre impression ( nom,prénom, filament, poids, n° de l'imprimante) 

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L'imprimante va tout d'abord chauffer avant de se repérer via plusieurs points sur le plateau pour lancer finalement l'impression.

Voici le résultat de l'impression après avoir enlever le socle.

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Réalisation du moule en silicone 

Qu'est ce que le silicone ? Le silicone est un composé inorganique créé à partir de chaînes d'oxygène et de silicium. Ici , j'ai utilisé le silicone contact alimentaire RTV3428.  Il s'agit d' un élastomère silicone bi-composant, réticulant à température ambiante par réaction de polycondensation. Il se présente sous l’aspect d’un liquide visqueux qui se transforme en un matériau élastique après addition d’un catalyseur. La dose est de 100g de base pour 10g de catalyseur. 

Afin de calculer la masse de base et de catalyseur qu'il fallait ajouter, j'ai d'abord calculé le volume de mon récipient et celui de mon objet. 

Mon récipient est un rectangle de 3cm de hauteur , de 5cm de largueur et de 10 cm de longueur. Son Volume est donc de 3 x 5 x10 = 150 cm3.  J'ai simplifié le volume de mon objet en l'imaginant dans un rectangle de 1,5cm de hauteur , 1,5 cm de largueur et de 5,5cm de longueur. Son Volume est donc de 1,5 x 1,5 x 5,5 = 13 cm3( environ) 

Le Volume de silicone est donc de 150-13=137 cm3. Nous avons besoin d'une masse pour ceci nous allons utilisé la formule de la densité et celle de la masse volumique. 

Formule densité  Formule masse volumique  Formule de la masse
Densité = masse volumique du silicone / masse volumique de l'eau masse volumique silicone = masse silicone / volume silicone  masse silicone = densité silicone x Volume silicone x masse volumique de l'eau 

En prenant comme masse volumique pour le silicone 1,1 g / cm3 , nous obtenons une masse de silicone de 150,39g donc environ 150,5g. Voici la dernière série de calcul qui nous permets de distinguer la masse du catalyseur et celle de la base. 

150/100 = 1,36 donc 100x 1,36 = 136 g de base et 10 x1,36 = 13,6 g de catalyseur. 

Avant de commencer , n'oubliez pas de mettre des gants et de mettre du talc sur l'objet afin de faciliter le démoulage. 

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Nous avons besoin : de notre récipient pour le moule , de notre objet , du catalyseur , de la base , d'un récipient de mélange ( ici un gobelet en carton ) et d'une spatule pour mélanger ( ici une cuillère en carton). 

Nous allons d'abord tarer la balance puis peser la base et enfin le catalyseur. Attention à mélanger le plus délicatement possible afin de ne pas créer des bulles qui peuvent altérer la forme de votre objet dans la polymérisation du moule. 

Lorsque le mélange est prêt , il faut verser au 1/4 du récipient , poser ensuite son objet et enfin le recouvrir. 

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A cause de la densité très faible de l'objet , la fusée remonte à la surface du silicone ce qui rends difficile la polymérisation du moule. Pour pallier à ce déconvenue , nous avons eu l'idée avec une Fabmanageuse de mettre un objet pouvant maintenir la fusée dans le silicone. Nous avons utilisé un tube Eppendorf rempli d'eau avec un support pour le maintenir plus ou moins droit.

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Il nous faudra attendre plus de 16h pour voir le résultat de ce premier moulage. 

Spectroscopie d'absorption infrarouge

Définition :

La spectroscopie d'absorption infrarouge est une technique d'analyse utilisée pour identifier les molécules en étudiant leurs interaction avec la lumière infrarouge.Lorsque des molécules sont exposées à cette lumière, elles absorbent certaines longueurs d'onde en fonctions des vibrations spécifiques de leurs liaisons chimiques.Ce qui signifie que chaque type de liaisons ( par exemple : C-H , O-H,N-H...) possède des caractéristiques d'absorption spécifique

Voici un tableau de table de la spectroscopie :

 

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