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Université Hassan II-Casablanca Faculté des Sciences Ben M’sik- Casablanca MAST

Université Hassan II-Casablanca Faculté des Sciences Ben M’sik- Casablanca MASTER VARENAPE RAPPORT 1 : SEMESTRE 2 CHIMIE VERTE 17/03/2021 — Réalisée par : HADDAR Imane — Enseignant : M. SAID SEBTI Introduction. Définitions et principes de la catalyse. 1. Définition. 2. La catalyse : pilier de la chimie verte. Exemple ibuprofène. 3. Type de la catalyse. Catalyse homogène. 1. Définition d’une catalyse homogène. 2. Mécanisme. Exemple : iminophosphoranes. Exemple : Kirsanov sur le pentachlorure de phosphore. Catalyse hétérogène Solide /Liquide. 1. Définition d’une catalyse hétérogène. 2. Enjeux de la catalyse hétérogène. 3. Caractéristiques de la catalyse solide. Exemple : la disputation de l’eau oxygénée H2O2 en présence de platine en eau et dioxygène. 4. Type de mécanisme. a) Mécanisme de type Mars - van Krevelen. b) Mécanisme de type Langmuir – Hinshelwood. c) Mécanisme de type Eley – Rideal. 5. Applications de la transestérification en phase. a) Le polyéthylène téréphtalate. b) Production de polycaprolactone. c) Biodiesel. d) Synthèse de lubrifiants. Catalyse hétérogène Solide /Gaz. 1. Applications de la transestérification en phase gaz. La chimie des dérivés de l’acide lévulinique. Exemple de synthèse de solvants à partir de carbonates organiques. Exemple : Synthèse d'un carbonate asymétrique par transestérification en phase gaz avec du propan-2-ol. Catalyse enzymatique. 1. Définition. 2. L'approche cinétique de la réaction enzymatique. 3. Rôle et constitution des catalyses enzymatiques. 4. Mécanisme de Michaelis-Menten. 5. Schéma simplifié du mécanisme. 6. Processus de le catalyse enzymatique. Conclusion. Reference. HADDAR Imane Faculté des sciences Bn M’sik PAGE 2 SOMMAIRE La chimie verte est devenue une philosophie importante depuis le 21ème siècle. L'augmentation de la concurrence mondiale a forcé les industries à envisager des voies vertes pour obtenir des processus de fabrication efficaces. En conséquence, les industries chimiques et connexes ont pris le problème au sérieux en raison des pressions sociétales et gouvernementales concernant les questions environnementales. En raison de normes environnementales de plus en plus contraignantes, le développement de synthèses chimiques dites propres, a connu un essor important depuis la fin du XXème siècle. Les réactions catalytiques qui permettent une utilisation de quantité substœchiométrique de métal par rapport au substrat ont également connu un développement important durant cette même période. La catalyse hétérogène à l’échelle nanométrique (nanoparticules), qui se situe à la frontière entre la catalyse homogène et la catalyse hétérogène, permet de combiner en partie les avantages de chacune d’elles : activités et sélectivités élevées (homogène) et recyclabilité (hétérogène). Les nanoparticules métalliques sont des assemblages d’atomes, le plus souvent zérovalents, de taille comprise entre 1 et 100 nm connus pour être actives en raison de leur ratio surface/volume favorable. Pour être stables en suspension et actives, ces nanoparticules nécessitent l’utilisation d’un stabilisant. Le choix de celui- ci est crucial pour le contrôle de la taille et de l’organisation des nanoparticules. Toujours dans le but de développer des procédés plus respectueux de l’environnement, l’utilisation de substrats biosourcés renouvelables plutôt que des composés issus de l’industrie pétrochimique a également connu de récents développements. Cependant, malgré l’intérêt grandissant de ces deux thématiques (nano catalyse et valorisation de la biomasse), peu de travaux ont été consacrés à la conversion de produits biosourcés via l’utilisation de nanoparticules métalliques stabilisées en phase aqueuse. En effet, l’utilisation de l’eau comme milieu réactionnel présente de nombreux avantages par rapport aux solvants organiques classiques, allant de sa non toxicité, sa stabilité, l’absence de point éclair, une volatilité modérée et un coût très faible. Les travaux présentés dans ce manuscrit s’articulent autour de ces différents domaines, en visant à développer des systèmes catalytiques. HADDAR Imane Faculté des sciences Bn M’sik PAGE 3 Introduction 1. Définition : La chimie verte appelée aussi chimie durable ou écologique a pour but de concevoir des produits et des procédés chimiques permettant de réduire ou d’éliminer l’utilisation de la synthèse de substances dangereuses. Aussi permet d’explorer la manière, dont l'intégration des principes dans la recherche et la pratique de l'assainissement peut avoir un grand impact dans des multiples directions. Cet ouvrage examine à la fois les sources communes de pollution chimique et la manière dont l'utilisation de la chimie verte comme base de techniques d'assainissement nouvelles ou améliorées peut garantir que l'assainissement lui-même est mené de manière durable. En décrivant les principaux types de polluants chimiques présents dans l'eau et les moyens durables de les traiter, les auteurs espèrent aider les chimistes à identifier les domaines clés et les encourager à intégrer la chimie verte dans la conception de nouveaux processus et produits. Cette définition a été développée en douze principes par les chimistes américains Anastase et Warner, qui ont contribué à faire naître et à populariser ce concept : Prévention de la pollution. Economie d’atomes. Synthèse chimique moins nocive. Conception de produits chimiques pus surs. Alternative aux solvants et auxiliaires polluants. Limitation des dépenses énergétiques utilisations de ressources renouvelables. Reduction des produits dérives. Utilisation de procèdes catalytiques. Produits biodégradables. Méthodologies d’analyses en temps réel. Limitation des risques d’accident. En outre, l'ouvrage met en évidence et encourage l'utilisation de la gamme croissante d'approches d'assainissement vertes pour les experts, aidant ainsi les chercheurs, les planificateurs et les gestionnaires à prendre des décisions éclairées dans leur sélection de techniques d'assainissement. Il faut que les 12 principes soient énoncés et respectes. 2. La catalyse : pilier de la chimie verte La catalyse est considérée comme un des piliers fondamentaux de la « Chimie Verte » 10 puisqu’elle en utilise de nombreux principes, permettant notamment de diminuer la quantité de déchets en maximisant l’économie d’atomes (grâce à la mise en place de procédés utilisant par exemple, le dihydrogène, le dioxygène ou encore le monoxyde de carbone) et de travailler, dans la mesure du possible, dans des conditions plus douces. Un catalyseur a pour but de permettre ou d’accélérer une transformation chimique, dont la chimie verte est une approche scientifique qui est plus sûre que la chimie de nettoyage à l'ancienne. Elle présente une approche rentable et respectueuse de l'environnement. La catalyse joue un rôle majeur en rendant les processus industriels plus efficaces et HADDAR Imane Faculté des sciences Bn M’sik PAGE 4 I. Définitions et principes de la catalyse économiquement rentables. Cette dernière joue un rôle central dans la chimie moderne, en effet elle permet en général de : Réduire la consommation d'énergie, ce qui présente un intérêt économique et environnemental. Diminuer les efforts de séparation puisqu'elle augmente la sélectivité des réactions. Diminuer la quantité de réactifs utilisés. Pour réaliser ces réactions, un composé chimique est utilisé en quantité sub-stoechiométrique, facilitant ainsi les réactions thermodynamiquement possibles en diminuant l’énergie nécessaire et en augmentant la vitesse de réaction. L’espèce catalytique n’est pas altérée durant la réaction chimique. La catalyse permet ainsi d’obtenir le produit souhaité de manière plus rapide que lors de réactions stœchiométriques, en diminuant les quantités de réactifs utilisés et de déchets formés grâce à des réactions sélectives. Exemple : L'exemple de la synthèse de l'ibuprofène est particulièrement représentatif. Cet anti- inflammatoire est un principe actif de plusieurs anti-douleurs commerciaux, est synthétisé en quantités industrielles depuis les années 1960 par le procédé Boots. Cette synthèse se déroule en six étapes et génère des quantités très importantes de déchets qu'il faut séparer et éliminer : la production annuelle de 13000 tonnes d'ibuprofène génère plus de 20000 tonnes de déchets. Au début des années 1990, la société BHC a développé et mis en exploitation industrielle un procédé catalytique en trois étapes qui génère une quantité beaucoup plus faible de produits secondaires. Ces sous- produits sont par ailleurs récupérés et valorisés, ce processus ne génère finalement pas de déchets. 3. Type de catalyse : La catalyse peut être séparée en trois grandes familles : La catalyse enzymatique. La catalyse homogène. La catalyse hétérogène. HADDAR Imane Faculté des sciences Bn M’sik PAGE 5 Ibuprofène 1. Définition d’une catalyse homogène : Le catalyseur est dissous dans le gaz, le liquide ou le solide dans lequel se produit la réaction catalysée. C'est donc un corps à l'état moléculaire, que l'on connaît bien puisque l'opérateur lui-même l'a placé dans le mélange. Dans un gaz, le catalyseur est forcément une molécule assez simple, ce qui permet de supposer qu'on expliquera facilement le mécanisme : en effet, une molécule très complexe et très lourde ne peut passer facilement à l'état gazeux. En solution, le catalyseur peut être beaucoup plus complexe, et la nature du solvant joue un rôle déterminant. Un cas extrême est celui de la catalyse par les enzymes des principales réactions chimiques accompagnant le fonctionnement des organismes vivants (digestion, respiration). L'activité et la sélectivité de ces catalyseurs naturels dépassent de très loin celles de tous les catalyseurs connus. Leur dimension est telle que l'on se trouve à la limite entre catalyse homogène et hétérogène (plusieurs milliers de fois celle des molécules qu'ils activent). 2. Mécanisme : Lors d’une réaction de catalyse homogène, le catalyseur est toujours contenu dans la même phase que les réactifs et les produits. La majeure partie des catalyseurs est à base de métaux de transition (bloc d de la classification périodique des éléments), stabilisés par des molécules possédant des propriétés de uploads/Industriel/ chimie-verte.pdf