- Solubilité : Capacité d'une substance à se dissoudre dans un solvant
- Miscibilité : Propriété de deux liquides à former un mélange homogène
- Extraction : Séparation d'un composé d'un mélange par transfert dans un autre solvant
- Coefficient de partage : Rapport des concentrations à l'équilibre
Extraction liquide-liquide : Technique de séparation basée sur la différence de solubilité d'une substance dans deux solvants immiscibles.
- Choisir deux solvants immiscibles (ex: eau et dichlorométhane)
- Le soluté doit être plus soluble dans le solvant extracteur
- Agiter le mélange pour favoriser le transfert
- Laisser décanté pour séparer les phases
La caféine est plus soluble dans le dichlorométhane que dans l'eau car elle est partiellement apolaire.
On place la solution aqueuse contenant la caféine dans une ampoule à décanter avec du dichlorométhane.
Après agitation, la caféine migre dans la phase organique (dichlorométhane). On attend la séparation des phases.
Contient la caféine
Reste de caféine
La caféine est extraite de la solution aqueuse vers le dichlorométhane, permettant sa purification.
• Similitude des polarités : "Similia similibus solvuntur" (les substances similaires se dissolvent mutuellement)
• Miscibilité : Les solvants doivent être immiscibles pour former des phases distinctes
• Coefficient de partage : Plus il est élevé, meilleure est l'extraction
Coefficient de partage K : \(K = \frac{[A]_{org}}{[A]_{aq}}\) où [A] représente la concentration de l'espèce A dans chaque phase.
On extrait 100 mL d'une solution aqueuse contenant 0.5 g d'acide benzoïque avec 50 mL d'éther éthylique. À l'équilibre, 0.4 g d'acide benzoïque est retrouvé dans la phase organique.
Phase aqueuse : [A]aq = (0.5 - 0.4)g / 0.1 L = 1 g/L
Phase organique : [A]org = 0.4 g / 0.05 L = 8 g/L
K = [A]org / [A]aq = 8 / 1 = 8
Un coefficient de partage K = 8 indique que l'acide benzoïque est 8 fois plus soluble dans l'éther que dans l'eau.
Le coefficient de partage de l'acide benzoïque entre l'éther éthylique et l'eau est K = 8.
• Conservation de la masse : La quantité totale avant et après extraction est conservée
• Unités cohérentes : Les volumes doivent être dans la même unité pour le calcul des concentrations
• Interprétation de K : K > 1 favorise l'extraction dans la phase organique
Principes actifs : Substances biologiquement actives extraites de plantes ou synthétisées.
On souhaite extraire la quinine d'écorces de quinquina avec du chloroforme. La quinine est très peu soluble dans l'eau mais très soluble dans le chloroforme.
La quinine possède des groupes fonctionnels polaires mais une structure globalement apolaire, ce qui explique sa solubilité dans les solvants organiques.
Le chloroforme (CHCl₃) est un bon solvant pour la quinine car il est apolaire et immiscible avec l'eau.
1. Macérer les écorces dans de l'eau chaude pour libérer la quinine
2. Ajouter du chloroforme dans une ampoule à décanter
3. Agiter vigoureusement pour favoriser le transfert
4. Laisser décanté et récupérer la phase organique
Contient la quinine
Impuretés
La quinine est efficacement extraite dans la phase organique, permettant son isolement pur.
• Sélection du solvant : Doit avoir une affinité chimique avec le composé cible
• Sécurité : Le chloroforme est toxique, utiliser en hotte aspirante
• Efficacité : Une extraction multiple est plus efficace qu'une seule grande extraction
Extraction multiple : Technique consistant à effectuer plusieurs extractions successives avec de petits volumes de solvant au lieu d'une seule avec un grand volume.
On compare deux méthodes d'extraction de l'iode (I₂) d'une solution aqueuse : une extraction avec 100 mL de CCl₄ ou trois extractions avec 33.3 mL de CCl₄ chacune. K = 85 pour I₂ entre CCl₄ et H₂O.
Formule : \(\frac{m_1}{m_0} = \frac{1}{1 + K \cdot \frac{V_{org}}{V_{aq}}}\)
Soit \(\frac{m_1}{m_0} = \frac{1}{1 + 85 \cdot \frac{100}{100}} = \frac{1}{86} = 0.012\)
Donc 98.8% de l'iode est extrait
Pour chaque extraction : \(\frac{m_{res}}{m_{ini}} = \frac{1}{1 + 85 \cdot \frac{33.3}{100}} = \frac{1}{1 + 28.3} = 0.034\)
Après 3 extractions : \((0.034)^3 = 0.000039 = 0.0039\%\)
Donc 99.996% de l'iode est extrait
L'extraction multiple est nettement plus efficace : 99.996% vs 98.8% d'extraction.
L'extraction multiple est plus efficace que l'extraction simple car elle permet d'atteindre une efficacité proche de 100%.
• Loi de distribution : L'efficacité d'extraction dépend du coefficient de partage et des volumes
• Avantage de l'extraction multiple : Permet d'extraire une plus grande proportion de soluté
• Compromis : Plus de manipulations mais meilleure efficacité
Purification : Processus d'élimination des impuretés d'un composé pour obtenir une substance pure.
On souhaite purifier un mélange contenant de l'aspirine (acide acétylsalicylique) contaminé par de l'acide salicylique. L'aspirine est plus soluble dans l'éther que l'acide salicylique.
L'aspirine (C₉H₈O₄) est plus lipophile que l'acide salicylique (C₇H₆O₃) en raison de son groupe acétyle, ce qui la rend plus soluble dans l'éther.
1. Dissoudre le mélange dans une petite quantité d'eau
2. Extraire avec de l'éther éthylique dans une ampoule à décanter
3. La phase organique contient l'aspirine purifiée
4. Évaporer l'éther pour récupérer l'aspirine solide
On peut vérifier la pureté par chromatographie sur couche mince (CCM) ou point de fusion.
Aspirine pure
Acide salicylique
L'aspirine est séparée de l'acide salicylique par extraction liquide-liquide en exploitant leurs différences de solubilité.
• Solubilité sélective : Utiliser les différences de solubilité pour séparer les composés
• Sécurité : L'éther est volatil et inflammable, manipuler avec précaution
• Validation : Toujours contrôler la pureté du produit final
- Extraction simple : Une seule extraction avec un solvant
- Extraction multiple : Plusieurs extractions successives avec de petits volumes
- Extraction par solvant réactif : Utilisation de réactions chimiques pour modifier la solubilité
- Extraction en continu : Utilisation d'un appareil comme le Soxhlet
- Les solvants doivent être immiscibles pour former des phases distinctes
- Le soluté doit être plus soluble dans le solvant extracteur
- Le coefficient de partage détermine l'efficacité de l'extraction
- L'extraction multiple est plus efficace qu'une extraction simple
- Toujours respecter les règles de sécurité en milieu chimique
- La solubilité dépend de la polarité des molécules ("similia similibus solvuntur")
- Un coefficient de partage K > 1 favorise l'extraction dans la phase organique
- Les solvants organiques sont souvent volatils et inflammables
- La température influence la solubilité et donc l'efficacité de l'extraction
- La pression atmosphérique influence légèrement les équilibres d'extraction
