Chimie et vie quotidienne PDF

Preview

Summary

CM indépendant UE Grands Enjeux
L1 SVT...

Description

Grands enjeux

Chimie et vie quotidienne – Thierry Constantieux

1Introduction : la chimie, c’est quoi ?............................................................................................. 2 1.1Première molécule organique synthétisée en laboratoire ....................................................... 2 1.2Créativité des chimistes organiciens sans limite ...................................................................... 2 2Chimie, hygiène et cosmétique .................................................................................................... 3 2.1Chimie du savon ................................................................................................................... 3 2.2Chimie de la permanente chez le coiffeur .............................................................................. 3 2.3Chimie de vulcanisation des pneumatiques ............................................................................ 4 3Chimie et santé ........................................................................................................................... 4 3.1Success-story de l’aspirine..................................................................................................... 4 3.2Autres médicaments............................................................................................................. 5 3.3Découverte et synthèse totale d’agents anti-cancéreux .......................................................... 5 3.4Les antibiotiques .................................................................................................................. 5 4Chimie et alimentation ................................................................................................................ 6 4.1Les additifs alimentaires........................................................................................................ 6 4.2Un exemple d’additifs alimentaires : les édulcorants .............................................................. 6 4.3Les graisses partiellement hydrogénées ................................................................................. 6 4.4Les colorants alimentaires ..................................................................................................... 7 5Chimie et industrie textile............................................................................................................ 7 5.1Les colorants textiles ............................................................................................................ 7 5.2Textiles naturels et synthétiques ........................................................................................... 7

1

Introduction : la chimie, c’est quoi ?

La chimie pourrait être assimilée à un domaine industriel qui pollue, dangereux, qui met en danger la santé des gens et l’environnement. Il s’agit cependant d’une perception fausse. Ce n’est que le mauvais côté de la chimie : il existe en effet des risques (explosions…). Les usines ont différents niveaux de risques, elles sont classées officiellement en fonction de leur dangerosité. Cependant, la chimie est partout. En abordant la chimie, on aborde beaucoup de sujets de la vie quotidienne : santé, environnement… « La chimie est la science qui étudie les substances, leurs structures, leurs propriétés et les réactions qui les transforment en d’autres substances. » - L. Pauling (1901-1924) Le chimiste est donc là pour créer des objets avec des finalités diverses et variées.

Page 1 / 8

Chimie et vie quotidienne – Thierry Constantieux

Grands enjeux Le terme chimie entoure beaucoup d’autres termes : chimie organique, chimie durable, chimie moléculaire, chimie inorganique, chimie analytique… Il s’agit d’une discipline qui entretient des interfaces très étroites avec la physique et les sciences de la matière, les sciences de l’environnement, les sciences de la vie et de la santé (pharmacologie, nutrition, nanosciences…). Au cœur de la discipline : synthèse, catalyse, méthodologie, produits naturels, biomolécules, chiralité, modélisation, chimie théorique, analyse, spectroscopie, thermodynamique, cinétique, électrochimie, polymères… Les chimistes sont spécialisés dans l’une ou l’autre de ces spécialités.

1.1

Première molécule organique synthétisée en laboratoire

En 1675, la Publication du Cours de Chimie de Lémery fait la distinction entre la chimie inorganique (qui s’intéresse aux composés inertes) et la chimie organique (ou « chimie du vivant », « chimie du C et de le H »), dont les substances sont issues des animaux et des végétaux. Cette distinction est soutenue par la théorie de la « force vitale ». Selon cette théorie, on ne peut ni étudier ni synthétiser de la matière organique. En 1828, l’expérience réalisée par Wöhler mit fin à cette démarcation en transformant fortuitement de l’isocyanate d’ammonium (supposé minéral), en une substance organique, l’urée.

1.2

Créativité des chimistes organiciens sans limite

Depuis cette découverte, les chimistes organiciens n’ont cessé de laisser aller leur créativité pour synthétiser en laboratoire des molécules de plus en plus complexes : acide acétique (1845), camphre (1903), hème (1929 → 4 molécules d’hèmes => hémoglobine) … Grâce aux connaissances acquises et aux techniques développées ce jour, les chimistes de synthèse n’ont théoriquement pratiquement plus de limites pour préparer en laboratoire tout type de molécules, aussi complexes soit elles : vancomycine (1999 → lutte contre le staphylocoque doré), palytoxine (1994 → une des toxines les plus puissantes à ce jour, vasoconstricteur).

2

Chimie, hygiène et cosmétique

1.3

Chimie du savon

L’un des produits phare de l’industrie chimique à Marseille est le savon de Marseille. Le premier savonnier dans la région de Marseille aurait été recensé en 1370. Selon une ancienne légende romaine, l’origine étymologique du mot savon serait reliée au Mont Sapo, lieu où des animaux étaient sacrifiés selon des rites religieux. La pluie mélangeant graisse et cendre produisait alors un savon qui ruisselait jusqu’au Tibre, là où les femmes utilisaient cette « mixture » pour laver leur linge. La réaction chimique mise en jeu pour faire du savon est l’hydrolyse d’un ester en milieu basique, appelée saponification. La réaction inverse est la réaction d’estérification. Les savons sont des sels de sodium ou de potassium résultant de la saponification des corps gras (triglycérides) d’origine végétale ou animale. Ces corps gras sont des triesters mixtes du glycérol et d’acides gras (acide carboxylique + longue chaîne carbonée). Les acides gras insaturés ont une ou des liaisons doubles entre leurs carbones. Mode d’action d’un savon :

Page 2 / 8

Chimie et vie quotidienne – Thierry Constantieux

Grands enjeux La queue hydrocarbonée est hydrophobe et lypophile. La tête polaire est hydrophile et lypophobe.

Cela entraîne la formation de micelles, ce qui va la rendre soluble dans l’eau :

Dans les produits d’hygiène corporelle, on mélange plusieurs tensio-actifs (=sel d’acide gras).

Page 3 / 8

Chimie et vie quotidienne – Thierry Constantieux

Grands enjeux

1.4

Chimie de la permanente chez le coiffeur Les cheveux sont constitués à 95% de kératine, une protéine fibreuse qui les protège. Ces fibres s’organisent entre elles grâce à plusieurs types d’interactions, covalentes ou non covalentes (liaisons hydrogène…). La kératine possède des ponts disulfures, qui apparaissent par dimérisation de résidus de cystéine. Ces ponts disulfures peuvent être cassés par réduction, ou formés par oxydation de thiols. Les trois étapes d’une permanente chez un coiffeur sont les suivantes :

•

Lavage réducteur → rupture des ponts disulfures

•

Mise en forme sur bigoudis

•

Traitement oxydant → formation de ponts disulfures, et séchage

1.5

Chimie de vulcanisation des pneumatiques

On peut faire l’analogie avec la chimie de la permanente. La vulcanisation a été découverte en 1839 par le chimiste Goodyear, qui n’en a tiré aucun bénéfice car le brevet a été déposé par Hancock en 1843. Ce dernier a percé le secret du caoutchouc de Goodyear en décelant des traces de soufre à sa surface. La vulcanisation est un procédé chimique qui consiste à incorporer du soufre, ou tout autre agent vulcanisant, dans un élastomère brut. Concrètement, cette opération rend les matériaux moins plastiques.

3

Chimie et santé

Lorsque l’on veut créer un médicament, il y a deux possibilités : •

On mélange des produits chimiques et on teste les produits

•

On s’inspire de réactions crées dans la nature, on relève le principe actif et on réalise le médicament

Dans la seconde voie, on extrait le principe actif (huile, racine…), c'est-à-dire le produit qui va avoir une activité biologique, puis on l’identifie, en déterminant sa structure et ses configurations. On réalise ensuite des tests biologiques, pour vérifier que le produit prélevé a bien les effets chimiques recherchés. On fait ensuite la synthèse totale du produit : on reproduit en laboratoire la molécule prélevée en milieu naturel à l’identique. Le but de la synthèse totale est de confirmer la structure mais aussi d’en obtenir en plus grande quantité.

1.6

Success-story de l’aspirine

En 1575 avant J-C., on fait déjà des allusions à des décoctions de feuilles de saule dans un papyrus égyptien. Hippocrate, un peu plus tard, conseillait une préparation à partir d’écorce de salue blanc pour soulager les douleurs et les fièvres.

Page 4 / 8

Chimie et vie quotidienne – Thierry Constantieux

Grands enjeux Cela intrigue dans les années 1800 les chimistes. En 1829, Leroux, pharmacien français, fait bouillir de la poudre d’écorce de saule blanc ans de l’eau, concentre sa préparation et obtient des cristaux blancs qu’il nomme salicyline. En 1835, Löwig isole à partir d’extraits naturels de reine des prés le salicylate de sodium, qui devient alors le médicament couramment employé contre la douleur et l’inflammation. Cette préparation permet de faire tomber la fièvre et de soulager les douleurs. Bien que d’une utilité pharmaceutique avérée, le salicylate de sodium provoque de graves brulures d’estomac, comme effet secondaire ou indésirable. En 1853, Gerhardt effectue la synthèse de l’acide acétylsalicylique, qu’il nomme acide acétosalicylique. C’est un des plus vieux médicaments, mais toujours très utilisé de nos jours. L’aspirine est le médicament dont la production mondiale est la plus importante. Les effets far Il a cependant des effets secondaires, car c’est un antiagrégant, qui peut donc entraîner des saignements ou des hémorragies.

Page 5 / 8

Chimie et vie quotidienne – Thierry Constantieux

Grands enjeux

1.7

Autres médicaments

Les chimistes ont également mis au point des antalgiques entièrement synthétiques, non naturels, pour éviter notamment les effets indésirables de l’aspirine. C’est le cas par exemple du paracétamol (1878). Le paracétamol a été synthétisé sans une quelconque propriété médicale, et ce ne fut que 50 ans plus tard qu’elle fut commercialisée sous le nom de paracétamol en tant que médicament. Un autre antalgique et antipyrétique est l’ibuprofène, mais il possède également des propriétés antiinflammatoires. Aujourd’hui on découvre encore de nouveaux effets indésirables : problèmes de foie pour le paracétamol, problèmes rénaux pour l’ibuprofène… Dans la catégorie des anti-douleurs, il existe des substances qui peuvent aller jusqu’à diminuer très fortement la sensation de douleur. On les appelle analgésiques. Parmi les plus utilisés, on peut citer un produit naturel extrait de l’opium, qui est le latex du pavot. Il est récolté en le laissant couler le long d’incisions sur la capsule de la plante, après perte des fleurs. Il contient une grande concentration d’alcaloïdes, comme la morphine ou la codéine. En mettant en œuvre la même réaction que pour la synthèse de l’aspirine, à savoir une simple réaction d’estérification, on peut cependant transformer la morphine en une substance entrant dans la catégorie des drogues, l’héroïne.

1.8

Découverte et synthèse totale d’agents anti-cancéreux

L’agent anti-cancéreux le plus utilisé au monde est le Taxol. On a reproduit une molécule présente dans l’écorce d’If. Au départ, on ne récupérait que l’écorce des arbres. Pierre Potier, en 1989, décide d’observer également les feuilles de l’If, et obtient une molécule presque similaire au Taxol. Il a donc généré un autre agent anti-cancéreux, le Taxotère.

Page 6 / 8

Chimie et vie quotidienne – Thierry Constantieux

Grands enjeux

1.9

Les antibiotiques

En 1828, Flemming s’aperçoit que certaines de ses cultures bactériennes dans des boites oubliées ont été contaminées par les expériences de son voisin de paillasse. Ce dernier étudiait le champignon Penicillium Notatum et il s’avéra que celui-ci inhibait la reproduction des bactéries cultivées par Flemming. Ainsi fut découvert le premier antibiotique naturel, la pénicilline. En 1935, on découvre à l’institut Pasteur le premier antibiotique de synthèse, le sulfanilamide, métabolite d’un colorant synthétique diazoïque. Apparaît alors un problème de santé publique majeur : l’antibiorésistance. Lorsqu’une population de bactéries est soumise à l’action d’un antibiotique dans son milieu, elle subit une pression de sélection, qui favorise les cellules qui sont les mieux capables de résister à l’effet de ces molécules. Petit à petit, l’émergence de modifications génétiques permettant un niveau de résistance plus élevé se trouve ainsi sélectionnée. L’action des antibiotiques sur les bactéries induit ainsi un processus d’évolution darwinienne « en accéléré » que l’on peut observer à échelle de temps humaine. Si l’utilisation abusive de médicaments en médecine humaine ne fait plus de doute, le recours à de grandes quantités d’antibiotiques dans l’alimentation animale et l’agriculture est une cause d’antibiorésistance passée longtemps inaperçue. Des antibiotiques sont massivement utilisés, et de manière moins réglementée, par des éleveurs, pisciculteurs, agriculteurs et arboriculteurs en actions thérapeutique et prophylactique, et de façon plus controversée comme facteurs de croissance et de gains de masse corporelle. Parmi les alternatives les plus prometteuses à l’utilisation des antibiotiques, on peut citer la phagothérapie (emploi de virus pour infecteur les bactéries), ou la stimulation des défenses bactériennes.

4

Chimie et alimentation

1.10 Les additifs alimentaires Les additifs alimentaires sont des produits ajoutés aux denrées alimentaires dans le but d’en améliorer la conservation, le goût et l’aspect. Dans l’Union Européenne, ils peuvent être désignés sur l’emballage des produits alimentaires par la lettre E suivie d’un nombre de trois chiffres. Il peut s’agit de produits naturels, ou de produits synthétisés. Les additifs autorisés se décomposent en plusieurs groupes : les agents colorants, les conservateurs alimentaires, les antioxydants, les agents de texture et les autres catégories dont les édulcorants, les exhausteurs de gout et les acidifiants. Certains sont utilisés depuis l’antiquité, pour la conservation des aliments par exemple : •

Sel de mer : salage à sec (déshydrations en surface, privant les bactéries d’eau et limitant leur développement) ou saumurage (par osmose, la viande perd de l’eau tout en absorbant du sel)

•

Nitrites : essentiellement utilisés en charcuterie pour limiter le développement de bactéries, responsables aussi de la teinte rose de la charcuterie

•

Sulfites : essentiellement présents dans le vin, comme agents anti-oxydants (pour éviter que le vin vire au vinaigre)

Page 7 / 8

Chimie et vie quotidienne – Thierry Constantieux

Grands enjeux

1.11 Un exemple d’additifs alimentaires : les édulcorants Un édulcorant est un produit ou substance ayant un goût sucré. Le plus souvent, le terme édulcorant fait référence à des ingrédients destinés à changer le goût d’un aliment ou d’un médicament en lui conférant une saveur sucrée. Certains édulcorants n’apportent pas de calories, d’autres moins que le sucre de table (saccharose), d’autres ont l’avantage de ne pas être cariogènes et certains ont un pouvoir sucrant bien plus élevé que le sucre lui-même. Les édulcorants peuvent être d’origine naturelle ou synthétique. La saccharine est le plus ancien des édulcorants artificiels, et a un pouvoir sucrant 300 à 400 fois plus élevé que le sucre. Concernant les édulcorants naturels, on peut citer en tout premier lieu le miel, qui a la capacité d’édulcorer vingt fois plus que le sucre, qui donne un goût délicieux aux aliments, qui est un produit très nourrissant, et qui est aussi un antibiotique naturel reconnu. On peut également citer le xylitol (même pouvoir sucrant, apport calorique plus faible, effet rafraichissant), l’érythritol (pouvoir sucrant inférieur, moins calorique, ne cause pas de caries), le sirop d’agave (indice glycémique faible), ou la stevia (pouvoir sucrant 300 fois supérieur à celui du saccharose).

1.12 Les graisses partiellement hydrogénées L’hydrogénisation partielle modifie la structure moléculaire des acides gras et modifie leurs propriétés : augmentation de leur température de fusion, diminution de leur rancissement, ce qui est souvent recherché par l’industrie agro-alimentaire. Cependant, l’hydrogénation partielle génère des impuretés sous forme d’acide gras trans. Ceux-ci existent naturellement dans la viande ou les produits laitiers, mais en très faible quantité par rapport aux acides gras cis. Cela a des effets sur la santé : augmentation du risque de maladies cardio-vasculaires, développement du diabète, augmentation du risque de cancers…

1.13 Les colorants alimentaires Les colorants sont utilisés pour ajouter de la couleur à une denrée alimentaire, ou pour simuler la couleur originale. Il en existe plusieurs types : naturels, dérivés des colorants naturels, de synthèse, ou artificiels.

5

Chimie et industrie textile

1.14 Les colorants textiles On peut avoir recours soit à des colorants naturels, issus notamment de plantes, soit à des colorants entièrement synthétiques. En s’inspirant de techniques ancestrales, on peut utiliser les racines, les feuilles, les fleurs de certaines plantes pour colorer des textiles.

1.15 Textiles naturels et synthétiques Un textile est un matériau susceptible d’être tissé ou tricoté, il désigne donc un matériau qui peut se diviser en fibres ou en fils textiles. Il en existe des naturels (coton, laine, lin…), mais on crée aujourd’hui des textiles synthétiques (polyester, nylon…).

Page 8 / 8

Chimie et vie quotidienne – Thierry Constantieux...