Notions fondamentales sur la catalyse
Les catalyseurs sont utilisés parmi les divers modes d’activation d’une réaction chimique homogène. Mais il faut noter que la catalyse n’est pas limitée à de telles réactions en effet, de nombreuses réactions industrielles notamment, sont catalysées par des solides et relèvent donc de la catalyse hétérogène. Ce mode d’activation est certainement l’un de plus puissant et des plus intéressants de Ceux qui s’offrent au chimiste voulant mettre en œuvre une réaction, homogène ou hétérogène, thermo dynamiquement possible, mais s’effectuant, sans cette activation à une vitesse trop faible ou même nulle .
Notion de catalyseur : BERZELINS qui a introduit le mot catalyse du grec c’est a dire détruire. Un catalyseur est une substance qui augmente la vitesse d’une réaction chimique sans apparaître dans les produits finaux.
Le catalyseur accélère parfois dans des proportions considérables, la réaction chimique mais il n’est pas consommé .
Soit il ne participe pas à la réaction mais sa présence facilite la rupture des liaisons, Soit il y participe mais est il régénéré à la fin.
L’importance de la catalyse
L’importance de la catalyse sur notre société, ne réside pas seulement dans son impact économique mais aussi sur son impact dans la production d’une très large gamme de produits de nos jours nécessaires et qui améliorent notre qualité de vie la protection de notre environnement est améliorée par des procédés basés sur la catalyse.
Les possibilités que la catalyse ouvre pour améliorer les procédés chimiques sont grandes. La catalyse devrait permettre de trouver des solutions ingénieuses pour élaborer plus efficacement (économie de matières premières, d’énergie, d’investissement), les molécules chimiques que nous utilisons. La catalyse hétérogène est impliquée dans procédés industrielles, nombreux et variés, allant de la chimie minérale à la synthèse de composés très élaborés de la chimie fine, de molécules médicamenteuses etc., et au traitement des rejets polluants.
La catalyse hétérogène est un domaine pluridisciplinaire nécessite des connaissances sur les catalyseurs solides, allant de leur préparation à leur caractérisations (en particulier celle de leur surface), mais aussi sur les réactions : cinétique, mécanisme et leur mise en œuvre . Parmi les catalyseurs solides acides en trouve les argiles .
Généralités sur les argiles
Dans la littérature, on trouve fréquemment les deux termes argiles et minéraux argileux (en anglais clays and Clay minerals) qui ne sont pas synonymes. Les minéraux argileux contiennent des argiles et des matériaux parfaitement identifiables dans d’autres groupes minéralogiques (quartz) . La première définition scientifique de l’argile date de 1546 . En suite se sont succédées des définitions, qui avaient toutes en commun des critères de plasticité, de taille de particules et présentaient les argiles comme des matériaux réfractaires. L’Association Internationale Pour l’Etude des Argiles (A.I.P.E.A) a essayé d’harmoniser les différents termes employés à travers le monde .
Malheureusement, encore aujourd’hui, cette nomenclature n’est pas totalement satisfaisante et il est nécessaire d’y faire des choix. En général, le terme argile se réfère à des composés naturels, qui sont sous forme de minéraux en grains de petite taille (de l’ordre du µm), des poudres essentiellement, possédant des propriétés plastiques quand ils contiennent suffisamment d’eau, ou au contraire devenant durs lorsqu’ils sont séchés. Les argiles, qui se présentent sous forme de feuillets de silicates, sont souvent assimilées aux composés phyllosilicates . Toutefois une définition plus minéralogique et consistant à considérer les argiles comme une sous-famille des phyllosilicates existe également : dans cette définition-là, certains composés que nous considérons comme des argiles ( talc) ne sont pas considérées par tous les minéralogistes comme des argiles. L’intérêt accordé ces dernières années à l’étude des argiles par des nombreux laboratoires dans le monde se justifie par leur abondance dans la nature, et ainsi l’importance des surfaces qu’elles développent. La présence des charges électriques sur cette surface et surtout l’échangeabilité des cations inter foliaires.
Propriétés et intérêt des argiles
Traditionnellement utilisées comme matière première par les potiers, les argiles ont de nombreux débouchés dans l’industrie grâce à leurs caractéristiques chimiques (adsorption et absorption des molécules, composition) et physiques (taille des particules) énumérons quelques utilisations. Dans l’industrie chimique, elles amorcent certaines réactions (craquage des huiles minérales ou polymérisation de certaines molécules organiques impuretés , utilisées comme source de silice et d’alumine les argiles forment les minéraux de base de l’industrie des matériaux de construction, des réfractaires, des isolants. D’autres argiles, notamment les smectites sodiques et les attapulgites servent à épaissir un grand nombre de liquides: eau douce, eau salée, solvants aliphatiques, huiles végétales, glycols. Exploitée comme charge minérale, l’argile joue un rôle important dans la papeterie et l’industrie du caoutchouc.
Dans les industries pharmaceutiques et médicales, l’argile trouve aussi un usage. Elle constitue la base des pansements stomacaux et intestinaux. Leurs propriétés absorbantes permettent la fabrication de médicaments à effets retardés.
Les smectites en particulier interviennent dans la fabrication de nombreux cosmétiques: savons et shampoings, pommades, crèmes dentifrice où elles remplacent les matières grasses. Notons cependant que certaines espèces d’argiles fibreuses très utilisées pour leur propriétés isolantes peuvent avoir des effets néfastes; c’est le cas par exemple du chrysotile ou amiante qui s’est révélée être une substance cancérigène.
Les sépiolites et palygorskites qui appartiennent à cette famille sont suspectées d’avoir des effets nocifs. De tous les minéraux argileux, les argiles kaolinitiques sont sans doute celles dont les usages sont les plus variés et les plus « nobles ».
Réaction de polymérisation
La réaction de polymérisation est une réaction très importante non seulement en chimie organique , mais également dans l’industrie. Elle consiste en la formation des macromolécules constituée par l’enchaînement d’un grand nombre de molécules de taille beaucoup plus petite de point de vue industriel, leurs applications sont nombreuses car les produits obtenus, sont largement employés en industries des plastiques, et en chimie pharmaceutique, etc.
Parmi les réactions de polymérisation en trouve la polymérisation de THF par ouverture de cycle en présence d’un catalyseur.
Généralités sur les polymères et les polymérisations : Les polymères sont des macromolécules constituée par l’enchaînement d’un grand nombre de molécules de taille beaucoup plus petites .Les petites molécules qui combinent les unes aux autres pour former les molécules de polymères sont appelées monomères, et les réactions par les quelles elles se combinent sont appelées polymérisations. Dans une seule molécule de polymère, on peut trouver des centaines, des milliers, des dizaines de milliers ou un plus grand nombre encore de molécules de monomers, reliées entre elles.
Classification des polymers et des polymérisations : La classification des polymères s’est faite dans une certaine confusion et ceci reste d’actualité. la science des polymères a vu deux types de classifications se développer en parallèle .la première de ces classifications divise les polymers en deux grandes catégories , ceux formés par condensation et les autres prépares par addition .
La deuxième classification caractérise les polymers selon qu’ils sont formes par étapes ou en chaîne .
Table des matières
Introduction générale
Chapitre I : Etude bibliographique
I.1.Notions fondamentales sur la catalyse
I.1.1. Généralités sur la catalyse
I.1.2 Notion de catalyseur
I.1.3. Classifications de catalyseur
I .1.4. Mode d’action d’un catalyseur
I.1.5. Propriétés de catalyseur
I.1.6. Théories de la catalyse
I .1.7 .L’importance de la catalyse
I. 2. Concepts fondamentaux sur les argiles
I.2.1 .Introduction
I.2.2. Généralités sur les argiles
1.2.3. Nomenclature des argiles
I.2.4. Propriétés acido-basiques des sites réactionnels
Ι.2.5. Acidités des argiles
I.2.6. Les argiles et la catalyse hétérogène
I.2.6.1. Les argiles dans les procédés industriels
I.2.7.Réactions Acido – catalysées par les argiles
I.2.7.a.Transpositions cationiques
I.2.7.b. Transposition de Meyer – Schuster
I.2.7.c. Formation d’acétals
I.2.7.d. Additions sur des doubles liaisons
I.2.7.e.Ouverture d’époxydes
I.2.7.f. Cycloadditions de Diels –Alder
I.2.8. Propriétés et intérêt des argiles
I.3. Minéraux argileux : kaolin
I.3.1.Introduction
I.3.2.Nature des liaisons
I.3.3.Composition chimique
I.3.4. Classification des kaolins
Ι.3.4.1.Les kaolins d’origine primaire
I.3.4.1.1.L’altération météorique
Ι.3.4.1. 2.l’altération hydrothermal
I.3.4.3. Les kaolins d’origine secondaire
I.3.4. 3.1. Les kaolins sédimentaires
I.3.4.3.2.Les Ball Clays
I.3.4.3.3.Les sables kaoliniques
I.3.5. Applications de kaolin
Chapitre II: réaction de polymérisation et synthèse radiation via micro –onde
II.1.Reaction de polymérisation
II.1.1.Introduction
II.1.2.Généralites sur les polymers et les polymérisations
II.1.3 .Classification des polymers et des polymérisations
II.1.4.Polymerisation par ouverture de cycle
II.1.4.mecanisme de Polymérisation par ouverture de cycle
II.2.Irradiation via aux micro-ondes
II.2.1. Généralité sur les micro-ondes
II.2.2.Utilisation de micro –ondes en synthèse organique
II.2.3.Couplage micro –ondes / réactions en présence de supports solides et minéraux
II.2.4.Comparaisons micro-ondes /chauffage classique
II.3. Réactions chimique par l’utilisation de chauffage moderne « micro-ondes «
II.3.1.Acétylation sélective de l’ester méthylique de l’acide cholanique ondes
II.3.2..Synthèse d’arylimidazoles
II.3.3. .Acylation d’alcools par micro-ondes selon Hirose et coll
II.3.4…Glycosylation par micro-ondes selon Loupy et coll
II.4..intérêt des Micro –Ondes (MO)
Chapitre III : Préparation de catalyseur et leur Application
III.1.Préparation de catalyseur (Kaolin)
III.1.1. Nature et origine de l’échantillon
III.1.2. préparation de l’échantillon
III.1.3.Traitement de kaolin
III.1.3.1. Traitement chimique de kaolin
III.1.3.1.1. Traitement au milieu acide
III.1.2. Caractérisation physico-chimique de catalyseur [kaolin]
III.1.2.1.Analyse Granulométrique
III.1.2.2.Mesure de l’acidité de catalyseur [kaolin]
III.1.2.3 .Composition chimique
III.1.2.4 .Taux de d’humidité
III.1.2.5.Mesure de surfaces spécifique
III.2.Applications catalytiques
III.2.1.Synthèse de Poly THF
III.2.1.1.2. Mécanisme Réactionnelle
III.2.2.Synthèse de Poly THF via Micro-onde
III.2.2.3.Les effets de quelques facteurs sur le taux de conversion
III.3.1.Influence de la quantité de catalyseur sur le taux de conversion
III.3.2. Influence du temps de réaction
III.4. Étude structurale
III.4.1. Le Kaolin traité par l’acide
III.4.2. le PoylTHF
Chapitre IV : Techniques d’analyse et Protocole expérimental
IV.1.Techniques d’analyse
IV.1.1.1Point de fusion
IV.1.2. Chromatographie sur couche mince
IV.1.3.Résonance magnétique RMN
IV.1.4.Spectroscopique infrarouge
IV.1.5.diffraction x
IV.2. Préparation de catalyseur (Kaolin de GUELMA)
IV.2.1. Mode Opératoire
IV. 2.1.Traitement
IV.3.Synthèse de Poly THF
IV.3.1. Synthèse par l’utilisation de la méthode classique
IV.3.1.1.Procédé de synthèse
IV .3.1. 1.1. Traitement
IV.3.2.Synthèse de Poly THF via Micro-ondes
IV.3.2.1.Procédé de synthèse
IV.3.2.1.1.Traitement
IV.4.Détermination de la structure de polymère
Conclusion générale
