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Chimie Verte / Chimie durable : Défis présents et futurs Sylvain ANTONIOTTI Chargé de recherche au CNRS
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Chimie Verte / Chimie durable : Défis présents et futurs

Jan 05, 2017

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Page 1: Chimie Verte / Chimie durable : Défis présents et futurs

Chimie Verte / Chimie durable : Défis présents et futurs

Sylvain ANTONIOTTIChargé de recherche au CNRS

Page 2: Chimie Verte / Chimie durable : Défis présents et futurs

Qu’est ce que la Chimie ?

Page 3: Chimie Verte / Chimie durable : Défis présents et futurs

Qu’est ce que la Chimie ?

CHIMIE : n. f. Science de la constitution des divers corps, de leurs transformations et de leurs propriétés.

La Chimie est une science

Page 4: Chimie Verte / Chimie durable : Défis présents et futurs

CHIMIE

Propriétés

ConstitutionTransformations

Qu’est ce que la Chimie ?

CHIMIE : n. f. Science de la constitution des divers corps, de leurs transformations et de leurs propriétés.

La Chimie est une science

Page 5: Chimie Verte / Chimie durable : Défis présents et futurs

GEOLOGIE

PHYSIQUEBIOLOGIE

CHIMIE

Propriétés

ConstitutionTransformations

Qu’est ce que la Chimie ?

CHIMIE : n. f. Science de la constitution des divers corps, de leurs transformations et de leurs propriétés.

La Chimie est une science

Page 6: Chimie Verte / Chimie durable : Défis présents et futurs

La chimie, un art avant d’être une science

La pratique de la chimie a existé bien avant la théorie et donc bien avant que la chimie soit une science.

- Céramique, métaux, poudre à canon, sels, distillation (chinois)- Or, argent, teintures, parfums, bière, vin, onguent, baumes (égyptiens)- Mines, verrerie, parfums (grecs, romains)

Propriétés

Transformations

Page 7: Chimie Verte / Chimie durable : Défis présents et futurs

Antiquité, feu, âge du fer, âge du bronze, verre, céramique, fermentation

Savants arabes, or, acide nitrique, distillation

Alchimie, le vitriol (H2SO4) l'eau forte (HNO3), l'esprit de sel (HCl)la poudre noire (salpêtre), l'esprit de vin (éthanol), l'eau régale

Calcination, gaz, acides minéraux

Phlogistique, énergie

Sels, acides, bases

Constituants de l’air

Electrochimie, éléments

Chimie organique

Théorie atomique

13e siècle

14e – 16e siècle

17e siècle

18e siècle

19e siècle

Page 8: Chimie Verte / Chimie durable : Défis présents et futurs

Chimie : science aux visages multiples

Chimie organiqueChimie minérale

Chimie des procédés

Chimie des matériaux

Chimie théorique

Chimie physique Chimie thérapeutique

Biochimie

Page 9: Chimie Verte / Chimie durable : Défis présents et futurs

CHIMIE : n. f. Science de la constitution des divers corps, de leurs transformations et de leurs propriétés.

Les savoirs qui découlent de cette science sont ensuite utilisés pour des applications au service de tous :

- santé (médicaments, hygiène, diagnostic, ...)

- matériaux (BTP, métallurgie, textile, électronique, optique, informatique, ...)

- énergie (nucléaire, hydrogène, photo-voltaïque, carburants, ...)

- agriculture (engrais, phytosanitaires/pesticides, ...)

- alimentaire (arômes, conservateurs, colorants, ...)

Page 10: Chimie Verte / Chimie durable : Défis présents et futurs

CHIMIE : n. f. Science de la constitution des divers corps, de leurs transformations et de leurs propriétés.

Les savoirs qui découlent de cette science sont ensuite utilisés pour des applications au service de tous :

- santé (médicaments, hygiène, diagnostic, ...)

Page 11: Chimie Verte / Chimie durable : Défis présents et futurs

CHIMIE : n. f. Science de la constitution des divers corps, de leurs transformations et de leurs propriétés.

Les savoirs qui découlent de cette science sont ensuite utilisés pour des applications au service de tous :

- matériaux (BTP, métallurgie, textile, électronique, optique, informatique, ...)

Page 12: Chimie Verte / Chimie durable : Défis présents et futurs

CHIMIE : n. f. Science de la constitution des divers corps, de leurs transformations et de leurs propriétés.

Les savoirs qui découlent de cette science sont ensuite utilisés pour des applications au service de tous :

- santé (médicaments, hygiène, diagnostic, ...)

- matériaux (BTP, métallurgie, textile, électronique, optique, informatique, ...)

- énergie (nucléaire, hydrogène, photo-voltaïque, carburants, ...)

Page 13: Chimie Verte / Chimie durable : Défis présents et futurs

CHIMIE : n. f. Science de la constitution des divers corps, de leurs transformations et de leurs propriétés.

Les savoirs qui découlent de cette science sont ensuite utilisés pour des applications au service de tous :

- santé (médicaments, hygiène, diagnostic, ...)

- matériaux (BTP, métallurgie, textile, électronique, optique, informatique, ...)

- énergie (nucléaire, hydrogène, photo-voltaïque, carburants, ...)

- agriculture (engrais, phytosanitaires, ...)

- alimentaire (arômes, conservateurs, colorants, ...)

Page 14: Chimie Verte / Chimie durable : Défis présents et futurs

CHIMIE : n. f. Science de la constitution des divers corps, de leurs transformations et de leurs propriétés.

Les savoirs qui découlent de cette science sont ensuite utilisés pour des applications au service de tous :

- santé (médicaments, hygiène, diagnostic, ...)

- matériaux (BTP, métallurgie, textile, électronique, optique, informatique, ...)

- énergie (nucléaire, hydrogène, photo-voltaïque, carburants, ...)

- agriculture (engrais, phytosanitaires/pesticides, ...)

- alimentaire (arômes, conservateurs, colorants, ...)

Page 15: Chimie Verte / Chimie durable : Défis présents et futurs

Pourtant ?

DangerToxicité

PollutionChimiste ?

Page 16: Chimie Verte / Chimie durable : Défis présents et futurs

Quelques idées reçues …

Idée reçue #1 : Produits chimiques = danger, toxicitéProduits naturels = santé, innocuité

« Produit chimique » est une locution imprécise.

Si c’est une substance qui a une structure chimique, alors tout est « chimique ». Le terme plus approprié serait « produit de synthèse ».

Un produit de synthèse a été fabriqué par l’homme, à partir de « briques de construction » simples, comme un jeu de lego.

Identique au naturel = Artificiel

Page 17: Chimie Verte / Chimie durable : Défis présents et futurs

Quelques idées reçues …

Idée reçue #1 : Produits chimiques = danger, toxicitéProduits naturels = santé, innocuité

???Curare, produit naturel, poison (DL50 = 0,14 mg/kg)

N

O

O

NOH

OHOMe

OMe

Page 18: Chimie Verte / Chimie durable : Défis présents et futurs

Quelques idées reçues …

Idée reçue #1 : Produits chimiques = danger, toxicitéProduits naturels = santé, innocuité

???Strychnine, produit naturel, poison (DL50 = 0,2 mg/kg)

N

O

N

O

O

HH

H

H

Page 19: Chimie Verte / Chimie durable : Défis présents et futurs

Quelques idées reçues …

Idée reçue #1 : Produits chimiques = danger, toxicitéProduits naturels = santé, innocuité

???Taxotere, produit artificiel, anticancer

O

O

OH

OH O OH

HAcO

ONH

O

OH

Ph

OBz

O

Page 20: Chimie Verte / Chimie durable : Défis présents et futurs

Quelques idées reçues …

Idée reçue #1 : Produits chimiques = danger, toxicitéProduits naturels = santé, innocuité

???(S)-thalidomide, produit artificiel, toxique (DL50=1g/kg)

N

O

ONHO

O

Page 21: Chimie Verte / Chimie durable : Défis présents et futurs

Quelques idées reçues …

Idée reçue #1 : Produits chimiques = danger, toxicitéProduits naturels = santé, innocuité

???Ethylmaltol, produit artificiel, arome caramel

O

OHO

Page 22: Chimie Verte / Chimie durable : Défis présents et futurs

Quelques idées reçues …

Idée reçue #1 : Produits chimiques = danger, toxicitéProduits naturels = santé, innocuité

???Paracétamol, produit artificiel, antalgique

NH

OH

O

IDEE RECUE

Page 23: Chimie Verte / Chimie durable : Défis présents et futurs

Quelques idées reçues …

Idée reçue #2 : Chimie = pollution

Il ne faut confondre la chimie et ce que les hommes en font :

Schrödinger Einstein PlanckScience

« Monde réel »

Page 24: Chimie Verte / Chimie durable : Défis présents et futurs

Quelques idées reçues …

Idée reçue #2 : Chimie = pollution

Page 25: Chimie Verte / Chimie durable : Défis présents et futurs

Quelques idées reçues …

Idée reçue #2 : Chimie = pollution

source CITEPA0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

1990 1993 1995 2000 3001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008

Année

g IT

EQ

Dioxines et furanes atmosphériques, France, 2008

EnergieIndustrieRésidentielAgricultureTransport routierAutres transportsAutres

Page 26: Chimie Verte / Chimie durable : Défis présents et futurs

0

10

20

30

40

50

60

1990 1993 1995 2000 3001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008

Année

Tonn

es

Emissions d'HAP atmosphériques, France, 2008

EnergieIndustrieRésidentielAgricultureTransport routierAutres transportsAutres

Quelques idées reçues …

Idée reçue #2 : Chimie = pollution

source CITEPA

Page 27: Chimie Verte / Chimie durable : Défis présents et futurs

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

1990 1993 1995 2000 3001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008

Année

Kg

Emissions polychlorobenzènes atmosphériques, France, 2008

EnergieIndustrieRésidentielAgricultureTransport routierAutres transportsAutres

Quelques idées reçues …

Idée reçue #2 : Chimie = pollution

source CITEPA

Page 28: Chimie Verte / Chimie durable : Défis présents et futurs

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

1960 1965 1970 1973 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008

Année

kt

Emissions de dioxyde de soufre, France, 2008

EnergieIndustrieRésidentielAgricultureTransport routierAutres transportsAutres

Quelques idées reçues …

Idée reçue #2 : Chimie = pollution

IDEE RECUE

source CITEPA

Page 29: Chimie Verte / Chimie durable : Défis présents et futurs

Quelques idées reçues …

Idée reçue #3 : Présence = toxicité

Notion de dose

Paracelse (XVIe siècle) : « Rien n'est poison, tout est poison: seule la dose fait le poison. »

Sucre (saccharose) : DL50 = 29 g/kgPropyl paraben : DL50 = 7,5 g/kgNaCl (chlorure de sodium, sel de table) : DL50 = 3,75 g/kgAcide acétique (à 5-10° dans le vinaigre) : DL50 = 3,31 g/kgCyanure (de sodium ou de potassium) : DL50 = 0,1-0,2 g/kgTetrodotoxine (toxine du fugu) : DL50 = 0,02 g/kgBrevetoxine : DL50 = 0,0005 g/kgToxine botulique (Botox) : DL50 = 0,000000001 g/kg

Peu toxique

Très toxique

Page 30: Chimie Verte / Chimie durable : Défis présents et futurs

Quelques idées reçues …

Idée reçue #3 : Présence = toxicité

Notion de dose

En l’absence d’indication de quantité, la présence d’un composé donné ne signifie pas qu’il y a risque de toxicité.

Seuils de détection actuels des outils d’analyse chimique < 5 ng/g (voire moins pour les composés marqués) soit 5 g dans 1000 tonnes.

On a donc la capacité de détecter beaucoup de choses largement sous leur seuil de dangerosité.

Cas des substances naturelles : huile essentielle de rose1950 …………………………………………….. 7 constituants majoritaires1959 …………………………………………….. 81970 …………………………………………….. 101987 …………………………………………….. 142 constituantsAujourd’hui ………………………………….. 400 constituantsDemain ?? ……………………………………. 2000 constituants ??

Page 31: Chimie Verte / Chimie durable : Défis présents et futurs

Quelques idées reçues …

Idée reçue #3 : Présence = toxicité

Seuils de détection toujours plus bas

Page 32: Chimie Verte / Chimie durable : Défis présents et futurs

10.00 15.00 20.00 25.00 30.00 35.00 40.00 45.00 50.00 55.00

92 pics détectés intégréssuivant un S/N >10

Huile Essentielle Vetiver HAITI

Chromatographie gazeuse monodimentionelle

Page 33: Chimie Verte / Chimie durable : Défis présents et futurs

378 pics détectés intégréssuivant un S/N >10

Huile Essentielle Vetiver HAITI

Chromatographie gazeuse bidimentionelle

Page 34: Chimie Verte / Chimie durable : Défis présents et futurs

Quelques idées reçues …

Idée reçue #3 : Présence = toxicité

IDEE RECUE

Page 35: Chimie Verte / Chimie durable : Défis présents et futurs

Pétrochimie ?

Page 36: Chimie Verte / Chimie durable : Défis présents et futurs

Pétrochimie ?

Gaz liquéfiablesC3-C4 : jusqu ’à 20 °C

Brut

Distillation à pressionatmosphérique

Distillation souspression réduite

Ether de pétroleC5-C6 : de 20 °C à 60 °C

NaphtaC6-C7 : de 60 °C à 100 °C

EssenceC6-C12 : de 60 °C à 200 °C

Fioul

Huiles de graissage

Paraffines

Bitume

KérosèneC12-C18 : de 175 °C à 275 °C

Gasoil> C18 : plus de 275 °C

Page 37: Chimie Verte / Chimie durable : Défis présents et futurs

NAPHTA VAPOCRAQUAGE

ETHYLENEPROPENE

ButèneIsobutèneButadiène

REFORMAGECATALYTIQUE

BENZENE

ToluèneXylènes

Page 38: Chimie Verte / Chimie durable : Défis présents et futurs

Oxyde d’éthylène

Ethanol

Ethanal

Dérivés chlorés

Chlorure de vinyleAcétate de vinyle

PolymérisationEthylbenzène -> styrène

Glycol

Ethers de glycol

Ethanolamines

Polyéthers

ChloralAcide acétique

Aldol, butadiène

Oxyde dé propylène

Alcools « oxo »

Propan-2-ol

Acrylonitrile

Tétrachlorométhane

Chlorure d’allylePolymérisation

Cumène -> phénol + acétone

glycérol

Propylèneglycol

Cumène Phénol

Ethylbenzène

AlkylbenzènesCyclohexane

Dérivés nitrésDérivés chlorés

Anhydride maléïque

Acétone

Acide adipiqueCaprolactame

Styrène

NAPHTA VAPOCRAQUAGE

ETHYLENEPROPENE

ButèneIsobutèneButadiène

REFORMAGECATALYTIQUE

BENZENE

ToluèneXylènes

Page 39: Chimie Verte / Chimie durable : Défis présents et futurs

* Gadopentetate - also known as Magnevist* Galactose* Gamma-aminobutyric acid* Gamma-butyrolactone* Gamma-hydroxybutyrate (GHB)* Geraniol* Gibberellic acid* Gluconic acid* Glucose — C6H12O6* Glutamic acid (glutamate)* Glutamine* Glutaraldehyde* Glutaric acid* Glutathione* Glyburide* Glycerin (glycerol)* Glycerol (glycerin)* Glycerophosphoric acid* Glycidol* Glycine — NH2CH2COOH* Glycogen* Glycolic acid* Glyoxal* Guaiacol* Guanidine* Guanine* Guanosine

[edit] H

* Halothane* Hematoxylin* HEPES* Heptadecane* Heptane — C7H16* Hexabromocyclododecane* Hexachloropropene* Hexadecane* Hexafluoro-2-propanol* Hexafluoro-2-propanone* Hexafluoroethane* Hexafluoropropylene* Hexamethyldewarbenzene* Hexamethyldisilazane* Hexamethylenimine* Hexamethylolmelamine* Hexamine – (CH2)6N4* Hexane — C6H14* Hexanitrodiphenylamine* Hexanoic acid* cis-3-Hexanal* cis-3-Hexen-1-ol* Hippuric acid* Histidine — NH2CH(C4H5N2)COOH* Histamine* Homoarginine* Homocysteine* Homocystine* Homotaurine* Hydrochlorothiazide* Hydrocinnamic acid* Hydroquinone* Hydroxyproline* 5-Hydroxytryptamine* Hygrine

[edit] I

* Ibuprofen* Imazapyr* Imidazole* Imiquimod* Indazole* Indene* Indigo* Indole* Indoline* Indole-3-acetic acid* Inositol* Iodoxybenzene* Ionone* Ipratropium bromide* Isatin* Isoamyl isobutyrate* Isobenzofuran* Isoborneol* Isobornyl acetate* Isoflurane* Isoindole* Isoleucine* Isomelamine* Isooctanol* Isophthalic acid* Isopropanol – (CH3)2CHOH, also known as IPA, * Isoquinoline* Isoxazole* Itraconazole

* Methanol — CH3OH* Methionine* Methomyl* 4-Methoxybenzaldehyde (anisaldehyde)* Methoxychlor* Methoxyflurane* Methyl acetate* Methyl-2-cyanoacrylate* Methyl ethyl ketone (MEK)* Methyl isobutyl ketone (MIBK)* Methyl isocyanate — CH3-N=C=O* Methyl methacrylate* Methyl tert-butyl ether (MTBE)* Methylal

* Formoterol* Fructose* Fumaric acid* Furan (furane)* Furfural* Furfuryl alcohol* Furfurylamine* Furylfuramide

[edit] G

[edit] J

* Jasmone* Jenner's stain

[edit] K

* Kanamycin* Kepone alcohol* Keratin* Ketene* Kojic acid

[edit] L

For substances* Lactic acid — CH3CH(OH)COOH* Lactose* Lauric acid* Lauryl alcohol* LDA (Lithium diisopropylamide)* Leucine* Levulinic acid* Limonene* Linalool* Linoleic acid* Linolenic acid* Lipoamide* Lithium diisopropylamide* Loratadine* LSD* Luminol* 2,6-Lutidine* Lycopene* Lysine

[edit] M

tartaric acid).

* Malachite green* Malathion* Maleic anhydride* Malic acid* Maltose* Mandelonitrile* Mannide monooleate* Mannose* Mauveine* MDMA* Mecoprop* MEK* Melatonin* Meldola's blue* Meloxicam* Menthol* 2-Mercaptoethanol* 2-Mercaptopyridine* Merocyanine* Mesityl oxide* Mesitylene – (CH3)3-C6H3* Mesotartaric acid* Metaldehyde* Metamizole (dipyrone)* Methane — CH4* Methanesulfonic acid* Methanol — CH3OH* Methionine* Methomyl* 4-Methoxybenzaldehyde (anisaldehyde)* Methoxychlor* Methoxyflurane* Methyl acetate* Methyl-2-cyanoacrylate* Methyl ethyl ketone (MEK)* Methyl isobutyl ketone (MIBK)* Methyl isocyanate — CH3-N=C=O* Methyl methacrylate* Methyl tert-butyl ether (MTBE)* Methylal* Methylamine* 2-Methylbenzoic acid (o-Toluic acid)* 4-Methylbenzoic acid (p-Toluic acid)* Methyl chloroformate* Methylcyclohexane* Methylene blue — C16H18ClN3S* Methylhydrazine* Methylmercury* Methylmorpholine* 2-Methylpropene (isobutylene)* N-Methylpyrrolidone — C5H9NO* Methyltriethoxysilane* Methyltrimethoxysilane* Metoprolol* Metronidazole* Michler's ketone* Milrinone

* Bacillomycin* Barbital* Barbituric acid* Behenic acid* Benomyl* Benzaldehyde* Benzalkonium chloride* Benzamide* Benzanthrone* Benzene — C6H6* Benzethonium chloride* Benzidine* Benzil* Benzilic acid* Benzimidazole* Benzisothiazolinone* Benzisoxazole* Benzo(a)anthracene* Benzo(c)cinnoline* Benzo(a)pyrene* Benzo(c)phenanthrene* Benzo(e)fluoranthene* Benzo(e)pyrene* Benzo(ghi)perylene* Benzo(j)fluoranthene* Benzo(k)fluoranthene* Benzo(c)thiophene* Benzocaine* Benzofuran* Benzoic acid* Benzoin* Benzothiazole* Benzothiophene* Benzotriazole* Benzoxazole* Benzoyl chloride* Benzyl alcohol* Benzyl chloroformate* Benzylamine* Benzyldimethylamine* Benzylidene acetone* Betaine* Betulin* Butylated hydroxytoluene * Biphenyl* 2,2'-Bipyridyl = 2,2'-Bipyridine* 1,8-Bis(dimethylamino)naphthalene * Bi * Biuret* Borneol* Brassinolide* Brilliant cresyl blue* Bromacil* Bromoacetic acid* Bromobenzene* 2-Bromo-1-chloropropane* Bromocresol purple* Bromocyclohexane* Bromoform* Bromomethane — BrCH3* Bromophenol blue* 2-Bromopropane* Bromothymol blue* Bromotrifluoromethane* Brucine* Buckminsterfullerene* Buspirone* 1,3-Butadiene* Butadiene resin* Butane — C4H10* Butene* 2-Butoxyethanol* Butylamine = n-Butylamine* Butyllithium* 2-Butyne-1,4-diol* Butyraldehyde* Butyrophenone* Butyryl chloride

* Methanol — CH3OH* Methionine* Methomyl* 4-Methoxybenzaldehyde (anisaldehyde)* Methoxychlor* Methoxyflurane* Methyl acetate* Methyl-2-cyanoacrylate* Methyl ethyl ketone (MEK)* Methyl isobutyl ketone (MIBK)* Methyl isocyanate — CH3-N=C=O* Methyl methacrylate* Methyl tert-butyl ether (MTBE)* Methylal* Methylamine* 2-Methylbenzoic acid (o-Toluic acid)* 4-Methylbenzoic acid (p-Toluic acid)* Methyl chloroformate* Methylcyclohexane* Methylene blue — C16H18ClN3S* Methylhydrazine* Methylmercury* Methylmorpholine* 2-Methylpropene (isobutylene)* N-Methylpyrrolidone — C5H9NO* Methyltriethoxysilane* Methyltrimethoxysilane* Metoprolol* Metronidazole* Michler's ketone* Milrinone

NAPHTA VAPOCRAQUAGE

ETHYLENEPROPENE

ButèneIsobutèneButadiène

REFORMAGECATALYTIQUE

BENZENE

ToluèneXylènes

NAPHTA VAPOCRAQUAGE

ETHYLENEPROPENE

ButèneIsobutèneButadiène

REFORMAGECATALYTIQUE

BENZENE

ToluèneXylènes

Page 40: Chimie Verte / Chimie durable : Défis présents et futurs

Les procédés mis en œuvre lors de la synthèse génèrent des déchets qu’il faut traiter :

--> Surcoût--> Risque de fuite dans l’environnement

Bilan, pour fabriquer , on a comme déchets :

Page 41: Chimie Verte / Chimie durable : Défis présents et futurs

Le futur : les 12 principes de la chimie verte

Constats : (1) l’activité humaine est source de pollution

atmosphérique, terrestre et aquatique et d’effets néfastes sur

l’environnement (chute de la biodiversité, climat, acidification des

océans).

(2) de plus en plus de personnes veulent avoir accès, ou

maintenir le niveau de confort des sociétés industrialisées qui génère (1).

Résultat : De nouvelles connaissances sont à acquérir dans de

nombreux domaines dont la chimie pour modifier nos procédés et créer des

« technologies propres ».

1998 : Paul Anastas et John Warner (USA) publient dans leur livre “Green

Chemistry: Theory and Practice” les 12 principes de la chimie verte.

Page 42: Chimie Verte / Chimie durable : Défis présents et futurs
Page 43: Chimie Verte / Chimie durable : Défis présents et futurs

1. Eviter les déchets,

2. Maximiser l’économie d’atomes,

3. Concevoir des synthèses chimiques moins dangereuses,

4. Concevoir des produits chimiques plus sûrs,

5. Utiliser des solvants et des conditions de réaction plus sûrs,

6. Augmenter l’efficacité énergétique,

7. Utiliser des matières premières renouvelables,

8. Eviter d’utiliser des dérivés chimiques,

9. Utiliser des catalyseurs, pas des réactifs stœchiométriques,

10. Concevoir des produits chimiques qui se dégradent après utilisation,

11. Analyser en continu pour éviter la pollution inutile,

12. Limiter les risques d’accidents.

Les 12 principes de la Chimie Verte :

Page 44: Chimie Verte / Chimie durable : Défis présents et futurs

1. Eviter les déchets,

2. Maximiser l’économie d’atomes,

3. Concevoir des synthèses chimiques moins dangereuses,

4. Concevoir des produits chimiques plus sûrs,

5. Utiliser des solvants et des conditions de réaction plus sûrs,

6. Augmenter l’efficacité énergétique,

7. Utiliser des matières premières renouvelables,

8. Eviter d’utiliser des dérivés chimiques,

9. Utiliser des catalyseurs, pas des réactifs stœchiométriques,

10. Concevoir des produits chimiques qui se dégradent après utilisation,

11. Analyser en continu pour éviter la pollution inutile,

12. Limiter les risques d’accidents.

Les 12 principes de la Chimie Verte :

Page 45: Chimie Verte / Chimie durable : Défis présents et futurs

CatalyseDéfinitions d’un catalyseur :

« 1. CHIM. Corps qui catalyse. 2. Fig. Elément qui provoque une réaction par sa seule présence ou par son intervention. »Petit Larousse

« Un catalyseur est une espèce qui augmente la vitesse d'une transformation, sans figurer dans l'équation de la réaction et sans modifier la composition du système à l'état final. »http://www.web-sciences.com/

« Molécule qui, en petite quantité, accélère la vitesse d'une réaction et qui revient à sa forme initiale à la fin de la réaction. Les enzymes sont des catalyseurs biologiques. »http://www.futura-sciences.com/

Page 46: Chimie Verte / Chimie durable : Défis présents et futurs

Catalyse

Page 47: Chimie Verte / Chimie durable : Défis présents et futurs

Catalyse

TsN

TsN

H

TsN

TsN

TsN

[Au]

+

-

TsN

[Au]

[Au]

[Au][Au]

Cycle catalytique

Page 48: Chimie Verte / Chimie durable : Défis présents et futurs

Catalyse

Synthèse asymétrique de l’ibuprofène® et du naproxène®

CHO

OMe

CHO

OMe

COOH

OMe

COOH

[Rh], L*

CO, H2 *

[Rh], L*

CO, H2 *Ox.

Ox. *

*

Ibuprofène®

Naproxène®

Page 49: Chimie Verte / Chimie durable : Défis présents et futurs

Catalyse

Synthèse asymétrique du (–)-menthol

NEt2

NEt2 CHO

OH OH

Li, Et2NH

(S)-BINAP-Rh H3O+

ZnBr2 H2, Ni

myrcene diéthylgeranylamine

(R)-citronellal enamine (R)-citronellal

isopulegol (-)-menthol

Page 50: Chimie Verte / Chimie durable : Défis présents et futurs

En 2001, le prix Nobel de chimie a été attribué à William S. Knowles, RyojiNoyori et Barry K. Sharpless pour leur travail sur la catalyse asymétrique.

En 2005, le prix Nobel de chimie a été attribué à Yves Chauvin, Robert H. Grubbs et Richard R. Schrock pour leur travail sur la métathèse.

En 2010, le prix Nobel de chimie a été attribué à Richard F. Heck, Ei-ichiNegishi et Akira Suzuki pour leur travail sur la catalyse au palladium.

Page 51: Chimie Verte / Chimie durable : Défis présents et futurs
Page 52: Chimie Verte / Chimie durable : Défis présents et futurs

75 kg

7,5 g~ 1 mg

Cheveu~ 1 mg

Protéine~ 10-19 g

O HH

Molécule d’eau~ 3.10-23 g

g mg mg ng

100 10-3 10-6 10-9

Ordres de grandeur (masse, dimension M)

Page 53: Chimie Verte / Chimie durable : Défis présents et futurs

Ordres de grandeur (taille, dimension L)

2 m ~ 2 cm ~ 2 mm

~ 2 mm ~ 200 nm O HH

~ 2 Å

m cm mm mm nm Å

100 10-2 10-3 10-6 10-910-10

Page 54: Chimie Verte / Chimie durable : Défis présents et futurs

Respiration :Transport d’O2 vers les organesTransport de CO2 depuis les organes

Digestion :Dents + Salive (amylase) fragmente la nourriture Estomac, pancréas, …Foie pour la détoxification

Filtration du sang :Reins, épuration et synthèse de molécules régulatrices

Glandes endocrines :Régulation de la croissance, du développement, de la reproduction, du métabolisme, de la pression artérielle, de la glycémie

Biocatalyse

Page 55: Chimie Verte / Chimie durable : Défis présents et futurs

Biocatalyse

Page 56: Chimie Verte / Chimie durable : Défis présents et futurs

Enzyme + substrat

R

O

O

R'

NHO

O

H

NH

O

NN

H

NH

O

O

OH

Enzyme

Site actif

Page 57: Chimie Verte / Chimie durable : Défis présents et futurs

R

O

O

R'

NH

OO

H

NH

O

NN

H

NH

O

O

O

H

Enzyme

Site actif

Acylation

Page 58: Chimie Verte / Chimie durable : Défis présents et futurs

RO

NH

OO

H

NH

O

NN

H

NH

O

O

OOR' H

Enzyme

Site actif

Complexe acyl-enzyme

Page 59: Chimie Verte / Chimie durable : Défis présents et futurs

RO

NH

OO

H

NH

O

NN

H

NH

O

O

OOH H

Enzyme

Site actif

Attaque d’un nucléophile

Page 60: Chimie Verte / Chimie durable : Défis présents et futurs

RO

OH

NHO

O

H

NH

O

NN

H

NH

O

O

OH

Enzyme

Site actif

Libération du produit, et régénération du site actif

Page 61: Chimie Verte / Chimie durable : Défis présents et futurs

Bioressources

Près de 90% du carbone utilisé en chimie provient

du pétrole

Page 62: Chimie Verte / Chimie durable : Défis présents et futurs

OHOH OH

Glycérol(co-produit du biodiesel)

OOH OH

OHO

ClO

Brique de construction C3

Bioressources

Page 63: Chimie Verte / Chimie durable : Défis présents et futurs

OH

O

Furfural(sous-produit de l’industrie du bois)

OOH

O

SHO O

Résines

Solvants

Arômes

Bioressources

Page 64: Chimie Verte / Chimie durable : Défis présents et futurs

OO

O

CHO

Sous-produits de l’industrie de la parfumerie

OH

Carotol Lupenone

Limonene

Pinenes

HH

H

H

O

CitralStyrène

Pulégone Nepeta lactone

Bioressources

Page 65: Chimie Verte / Chimie durable : Défis présents et futurs

Badiane chinoise(Illicium verum)

Ac. shikimique

NHAcNH2O

COOEt

Oseltamivir(phosphate=tamiflu)

Ac. quiniqueQuinquina(Cinchona sp.)

Bioressources

Page 66: Chimie Verte / Chimie durable : Défis présents et futurs

Camphre

Feuilles de camphrier(Cinnamonum camphora)

Huile essentielle du bois

O

Bioressources

Page 67: Chimie Verte / Chimie durable : Défis présents et futurs

O

OAc

H

OH

H

Camphre

Feuilles de camphrier(Cinnamonum camphora)

Huile essentielle du bois

-pinène

Bioressources

Page 68: Chimie Verte / Chimie durable : Défis présents et futurs

H

O

H

OH OH

H

O

O

H

O

O

H

OH

OH

+

Réduction

Oxydation

sclaréol

Ambrox

Ambregris

L’ambregris est une sécrétion pathologique intestinale du cachalot (Physeter macrocephalus) qui est récoltée en mer ou sur les rivages des iles de Sumatra, Madagascar, des côtes du Pacifique.Le principe odorant de l’ambregris est l’ambrox.

Bioressources

Page 69: Chimie Verte / Chimie durable : Défis présents et futurs

Ambregris

H

O

H

OH OH

H

O

O

H

O

O

H

OH

OH

+

Réduction

Oxydation

sclaréol

Ambrox

Produit naturel extrait de la sauge sclarée (Salvia sclarea L.).

Bioressources

Page 70: Chimie Verte / Chimie durable : Défis présents et futurs

Musc et ambregris

Page 71: Chimie Verte / Chimie durable : Défis présents et futurs

Taxol® et taxotere®

Taxus brevifolia(If du pacifique)

Extrait d’écorce

O

O

OH

AcO O OH

HAcO

ONH

O

OH

PhPh

OBzPaclitaxel

(Taxol®)

1900 tonnes = 1 kg

Tests haut débitanti-cancer

Bioressources

Page 72: Chimie Verte / Chimie durable : Défis présents et futurs

O

O

OH

AcO O OH

HAcO

ONH

O

OH

PhPh

OBzPaclitaxel

(Taxol®)

Taxus baccata(If commun)

O

OH

OH

OH O OH

HAcO

OBz

10-deacetylbaccatin III

Extrait des feuilles

3000 kg 1 kg

O

O

OH

OH O OH

HAcO

ONH

O

OH

Ph

OBz

O

Docetaxel(Taxotere®)

630 x moins

Taxol® et taxotere®Bioressources

Page 73: Chimie Verte / Chimie durable : Défis présents et futurs

O

O

OH

OH O OH

HAcO

ONH

O

OH

Ph

OBz

O

Docetaxel(Taxotere®)

Institut de Chimie des Substances NaturellesCNRS

♦ Cancer du sein, cancer des poumons

♦ Chiffre d’affaire mondial en 2005 : 1 609 M$

Taxol® et taxotere®Bioressources

Page 74: Chimie Verte / Chimie durable : Défis présents et futurs

Produits de synthèse ?

O

O

OH

AcO O OH

HAcO

ONH

O

OH

PhPh

OBzPaclitaxel

naturel

O

O

OH

AcO O OH

HAcO

ONH

O

OH

PhPh

OBzPaclitaxelde synthèse

Page 75: Chimie Verte / Chimie durable : Défis présents et futurs

Produits de synthèse ?

O

O

OH

AcO O OH

HAcO

ONH

O

OH

PhPh

OBz

O

O

OH

AcO O OH

HAcO

ONH

O

OH

PhPh

OBz

Molécule naturelle et molécule de synthèse sont identiques

La synthèse chimique permet de satisfaire la demande mondiale en produits sans avoir à décimer la biodiversité.

Paclitaxel naturel Paclitaxel de synthèsePaclitaxel

Page 76: Chimie Verte / Chimie durable : Défis présents et futurs

« With great powers comes great responsability »Stan Lee, Spider‐Man, 1962.

Le futur ?

Page 77: Chimie Verte / Chimie durable : Défis présents et futurs

Le futur ?Biomasse

Génome

Synthèse

Enzymes

Molécules

Page 78: Chimie Verte / Chimie durable : Défis présents et futurs

Remerciements

Dr Jean-Jacques Filippi (GC 2D)

Dr Nathalie Sauret (pollution atmosphérique)

Dr Aurélie Barats (pollution aquatique)

M. John Pusceddu (communication)

Page 79: Chimie Verte / Chimie durable : Défis présents et futurs

Remerciements