Recristallisation

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La recristallisation est une technique expérimentale de purification des solides, elle est basée sur la différence de solubilité d'un composé solide dans un solvant ou un mélange de solvants en fonction de la température, et sur la solubilité des impuretés susceptibles d'être présentes dans ce dit composé dans ledit solvant ou mélange de solvants.

1 En théorie

En effet, pour être sélectionné comme solvant pour la recristallisation d'un produit, le solvant (ou le mélange de solvants) doit avoir les propriétés suivantes :

  • le composé à purifier doit être soluble à chaud dans le solvant, mais peu à froid, ce qui permet de séparer, par précipitation (on dit alors recristallisation), le solide du solvant lors du refroidissement ;
  • les impuretés susceptibles d'être présentes dans le solide à purifier doivent être solubles à chaud comme à froid dans le solvant, ce qui permet de les éliminer par filtration de la solution refroidie, dans le cas contraire, on devra effectuer une filtration de la solution chaude, ce qui entraîne des baisses de rendement ;
  • le solvant ne doit pas réagir chimiquement avec le composé à purifier ;
  • le solvant doit avoir une température d'ébullition inférieure à la température de fusion du composé à purifier, ce qui évite d'obtenir une phase fondue lors de la dissolution à chaud;

2 En pratique

La conduite d'une recristallisation est la suivante :

  • On réalise un montage de chauffage à reflux, composé d'un ballon monocol, d'un réfrigérant à boules, d'un barreau aimanté ovoïde, et chauffé au moyen d'un chauffe-ballon à agitation magnétique ou d'un bain-marie. Important : on ne graisse surtout pas le rodage du ballon.
  • Déposer dans le ballon une masse connue du composé solide à purifier, recouvrir cette masse d'un minimum de solvant à température ambiante.
  • Agiter de manière à disperser le solide dans le solvant, et chauffer doucement jusqu'à porter le mélange à ébullition.
  • Une fois l'ébullition atteinte et le reflux installé, toujours en agitant, ajouter des quantités successives et minimales de solvant de manière à ne pas interrompre l'ébullition et ainsi assurer la dissolution à chaud du solide.
  • Cesser l'ajout de solvant une fois la mélange (à l'ébullition) complètement limpide.
  • Démonter l'assemblage, et verser la solution encore chaude contenue dans le ballon directement dans un bécher propre et sec et à température ambiante, retenir le barreau aimanté avec une tige aimantée.
  • Poser le bécher avec la solution chaude à refroidir à l'air ambiant sur la paillasse, ne pas y toucher, ne pas l'agiter et ne surtout pas le refroidir directement dans de la glace.
  • Une fois la solution refroidie, une bonne partie du composé à recristallisé, refroidir la solution avec un bain de glace et de sel, en contrôlant la température de la solution.
  • Filtrer le mélange sur filtre Büchner, essorer sous vide, éventuellement rincer le solide avec quelques mL du solvant de recristallisation froid.

Le solide ainsi obtenu est le plus généralement d'une structure parfaitement cristalline, c'est le seul moyen d'obtenir de magnifiques composés cristallisés. On peut alors mesurer sa température de fusion, en faire une CCM, un spectre IR ou RMN, etc...

3 Pourtant...

Le choix d'un solvant, ou d'un mélange de solvants, à utiliser pour une recristallisation n'est pas chose aisée... Il faut sélectionner un solvant qui solubilise les impuretés à chaud et à froid, et qui soit un mauvais solvant à froid du composé à purifier. En théorie, avec les tables de solubilités, c'est plutôt simple, en pratique... ça l'est beaucoup moins. On recourt en général à un mélange de solvants, lesquels respectent les règles énoncées précédemment... En général, une recherche du solvant de recristallisation se conduit de la manière suivante :

  • Dissoudre le composé à chaud dans un minimum d'un solvant A dans lequel le composé soit très soluble,
  • Ajouter, à chaud toujours, par quantités successives, suffisamment d'un solvant B, dans lequel le composé est très peu soluble, de manière à obtenir un début de précipitation du composé à purifier, à chaud,
  • Ajuster avec la quantité juste suffisante de solvant A pour obtenir la redissolution à chaud du composé à purifier dans le mélange.

On obtient ainsi un mélange satisfaisant pour la recristallisation de notre composé. En général il s'agit d'un mélange d'acétate d'éthyle SGH02SGH07 et de cyclohexane SGH02SGH08SGH07SGH09 ou encore d'éther éthylique SGH02SGH07 et d'éther de pétrole SGH02SGH07SGH08 dont les quantités sont variables et déterminées uniquement empiriquement. Il est démontré que les composés polaires seront recristallisables dans des mélanges de solvants dont la polarité globale est moins importante que celle du composé à purifier, et inversement.

4 Informations additionnelles

Pour une recristallisation, lorsqu'on utilise un solvant de recristallisation différent du solvant utilisé pour la réaction, et si il y a eu lavage à l'eau ou avec des solutions aqueuses, on doit entamer la recristallisation du solide une fois qu'il est bien sec et dénué de toute trace d'eau ou du précédent solvant (voire même d'acide ou de base), il faut que le produit brut soit quand même "propre".