Le séchage.

    Il s’agit tout simplement de retirer l’eau, ou parfois un solvant, d’un liquide organique, d’un solide ou d’un gaz.

C’est une opération qui peu s’avérer capitale dans certaines manipulations.

I.                 Séchage des liquides

On pourrait penser que l’eau n’est pas miscible à un solvant organique.

C’est faux…

En effet, il existe des solvants organiques qui peuvent se charger en eau.

Pour s’en convaincre, il suffit de mélanger de l’eau et de l’éther diéthylique dans une ampoule à décanter. En soutirant la phase aqueuse, on remarque une odeur d’éther assez nette. De l’éther s’est incorporée à l’eau et donc, de l’eau s’est incorporée à l’éther.

Cette miscibilité de l’eau dans des solvants organiques peu être un obstacle à certaines opérations réalisées en laboratoire : utilisation d’organomagnésiens, de certains hydrures, cristallisations, spectre infrarouge…

1)     Séchage des solutions organiques

Pour cela, on utilise des sels inorganiques anhydres qui forment, avec l’eau qu’ils captent, des hydrates stables.

On choisira toujours des sels inorganiques non réactifs et compatibles avec le solvant et avec les solutés organiques qu’il peut renfermer.

On n’utilisera pas un sel basique si l’un des composés dissout est acide…

Desséchant	Domaine d’application	Incompatibilités	Vitesse de séchage
Sulfate de magnésium anhydre : MgSO4	Quasi universel		Rapide (20 min)
Sulfate de sodium anhydre : Na2SO4	Quasi universel		Rapide (1 à 2h)
Chlorure de calcium anhydre : CaCl2	Hydrocarbures halogénés	Acides, phénols	Lent (1 nuit)
Carbonate de potassium anhydre : K2CO3	Nitriles, amines, cétones, bases…		Assez lent (4h)

On procède comme suit : on agite quelques instants la solution à dessécher avec un peu d’agent desséchant. Si la totalité du sel se prend en masse, il faut en rajouter. Lorsque l’agent reste en suspension fine, on considère que la solution est sèche.

On laisse alors la solution une vingtaine de minutes en agitant de temps en temps.

Il peut être nécessaire de rajouter de l’agent si après ce repos, il s’est pris en masse.

Pour que la solution soit parfaitement sèche, il faudrait respecter les temps indiqué dans le tableau ci-dessus…

Le solide est alors séparé par filtration sur papier filtre plissé.

En règle général, on ne rince pas l’hydrate resté dans le filtre car le solvant de rinçage pourrait entraîner une partie de l’eau captée.

2)     Séchage des solvants de réaction

Malgré les opérations de purifications effectuées, les solvants commerciaux renferment généralement de l’eau.

L’absence de soluté dans ces solvants permet l’utilisation d’agents desséchant puissants : anhydrides, métaux alcalins…

 La purification préliminaire suffit pour la plupart des réactions. La purification supplémentaire est obligatoire lors de la préparation de dérivés organométalliques (on notera qu’il s’agit presque toujours d’une distillation).

Les solvants anhydres sont le plus souvent stockés sur des tamis moléculaires. Ce sont des aluminosilicates microporeux (connus sous le nom de zéolithes) dont les cavités calibrées retiennent l’eau.

Les tamis moléculaires 4 Å et 5Å sont utilisés pour piéger l’eau.

Solvants courants	Température d’ébullition (sous pression atmosphérique)	Purification préliminaire	Purification secondaire	Stockage
Pentane, hexane, cyclohexane	35°C ; 69°C; 81°C	Lavages à H2SO4, lavage à H2O, séchage sur CaCl2	Distillation sur P2O5 ou LiAlH4	Se conserve des bouteilles en verre fumé sur tamis 4Å
Toluène, xylène	110°C ; 137-140°C	Lavages à H2SO4, lavage à H2O, séchage sur CaCl2	Distillation sur CaH2, LiAlH4 ou Na	Se conserve en bouteilles de verre fumé sut tamis 5Å
Dichlorométhane, chloroforme	40°C ; 62°C	Lavage à H2SO4 concentré, puis à l’eau. Séchage sur CaCl2. Pour éviter d’être en conditions acides, le sécher plusieurs jours sur K2CO3 ou KOH	Distillation sur P2O5	Se conserve dans des bouteilles de verre fumé sur tamis 4Å
Ether diéthylique,	34-35°C	Agitation une nuit sur potasse, filtration, lavage avec une solution de bisulfite de sodium à 5% puis avec NaCl saturé. Séchage sur CaCl2	Distillation sous azote.	Se conserve sur tamis moléculaire 3Å pendant 2 à 3 jours.
THF	65-67°C	Agitation une nuit sur potasse, filtration, lavage avec une solution de bisulfite de sodium à 5% puis avec NaCl saturé. Séchage sur CaCl2	Distillation sous gaz inerte.	Se conserve sur tamis moléculaire 4Å ou sur hydrure de calcium pendant 1 à 2 jours. Il est recommandé de le distiller avec utilisation.
Acétone	56°C	Agitation sur CaSO4 puis filtration	Distillation sur CaCl2	Se conserve sur tamis 4Å
Méthanol, éthanol	65°C ;	Séchage sur CaCl2	Distillation sur magnésium, CaH2 ou MgO	Se conserve sur tamis moléculaire 3Å
DMF (diméthylformamide)	153°C	Séchage sur tamis 4Å	Distillation sous pression réduite sur BaO	Se conserve sur tamis 4Å
Pyridine	116°C	Agitation sur KOH	Distillation sur KOH	Se conserve sur KOH
DMSO (diméthylsulfoxide)	189°C	Agitation sur CaSO4	Distillation sous pression réduite sur CaH2	Se conserve sur tamis 4Å

Remarque :

Les éthers, en vieillissants, forment des peroxydes et finissent pas se charger en eau.

Avant toute distillation il faut impérativement éliminer ces composés qui pourrait par chauffage exploser. Pour cela, on fait passer le solvant sur une petite colonne d’alumine basique. Il existe dans le commerce des bandelettes indicatrices de peroxydes.

Proportion des agents déshydratants :

-         LiAlH₄ : jamais plus d’1g par litre

-         Na : 3g pour 1.5 litre de solvant préalablement agité sur KOH et on rajoute 12g de benzophénone.

Laisser quelques heures sur le déshydratant avant de distiller et procéder tout d’abord à un reflux total d’au moins 1 heure avant de collecter le solvant.

Dans le cas de la distillation sur Na-benzophénone, le changement de couleur du jaune ou bleu (formation du radical de la benzophénone) indique que le solvant est anhydre.

Remarques générales sur la distillation :

Distiller avant la manipulation toute la quantité de solvant nécessaire.

Eliminer systématiquement la tête de distillation (les premiers gouttes) qui contient les impuretés les plus volatiles.

II.             Séchage des solides

Après une recristallisation, le solide obtenu, même s’il a été essoré sur du papier filtre, a généralement piégé des molécules de solvant qu’il convient d’éliminer.

Pour cela, il existe quatre grandes méthodes :

-         le séchage à l’air libre : le produit est placé dans un récipient recouvert d’un papier filtre et entreposé dans un endroit ventilé. On ne peut cependant opérer comme cela si le solide est hygroscopique ou oxydable à l’air.

-         le séchage à l’étuve : l’élimination du solvant est accélérée par chauffage. Il faut toujours veiller à ce que la température de l’étuve soit inférieure à celle de fusion du solide.

-         le séchage sous vide : c’est la méthode la plus efficace. On place le solide dans un récipient sous une cloche à vide et l’on aspire l’air.

Il ne faut cependant pas placer de solide trop humide ou nageant dans un solvant car sous l’action du vide, il pourrait de se former des bulles qui éclateraient en projetant le solide sur les parois de la cloche.

-         le séchage sous vide avec un agent desséchant. On place le solide contenu dans un récipient sous une cloche à vide, ou dans un dessicateur, en présence d’un agent déshydratant : H2SO4, KOH, P2O5, silicagel.

III.         Séchage des gaz

Lors de certaines réactions, l’utilisation de gaz anhydres peut être requises.

Notons qu’encore une fois, il faudra veiller à employer un agent desséchant inerte vis-à-vis du gaz.

Pour dessécher un gaz, il existe deux techniques :

-         par barbotage dans un liquide qui retiendra l’eau : H2SO4 concentré, potasse ou soude concentrée

-         par passage dans une colonne à dessécher ou dans un tube en U rempli d’un des desséchant suivant : 

 

Substance	Comportement chimique	Capacité *	Température maximale (°C)
NaOH, KOH solides	Basique	8	100
Chaux sodée	Basique	1.5	100
P4O10	Acide	10	100
CaCl2 anhydre	Neutre	10	29
Silicagel	Neutre	4	20-25
* : g d’eau retenue par gramme de desséchant.

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