Exemples de réactions consécutives

Le produit d'une première réaction

A → B

est aussi le réactif d'une deuxième réaction

B → C

dont le produit peut aussi être réactif dans une troisième réaction

C → D

... et ainsi de suite....

...
Ce type de situation est, entre autres, fréquente en synthèse organique lors de réactions de substitution successives avec un réactif commun;
Quelques exemples:

• synthèse des chlorométhanes
  • CH₃Cl + Cl₂ → CH₂Cl₂ + HCl
  • CH₂Cl₂ +Cl₂ → CHCl₃ + HCl
  • CHCl₃ +Cl₂ → CCl₄ + HCl
• synthèse de l'éthylbenzène
  • C₆H₆ + C₂H₄ → C₆H₅C₂H₅ (éthylbenzène)
  • C₆H₅C₂H₅ + C₂H₄ → C₆H₄(C₂H₅)₂ (diéthylbenzène)
  • C₆H₄(C₂H₅)₂ + C₂H₄ → C₆H₃(C₂H₅)₃ (triéthylbenzène)
  • C₆H₃(C₂H₅)₃ + C₂H₄ → C₆H₂(C₂H₅)₄ (tétraéthylbenzène)
• synthèse du styrène
• C₆H₅C₂H₅ → H₂ + C₆H₅(C₂H₃) (styrène)
• C₆H₅C₂H₃ → H₂ + C₆H₅(C₂H₁) (phénylacétylène)

Evolution des concentrations

Les réactions consécutives sont aussi en partie simultanées puisque dès qu'un produit intermédiaire est présent il peut immédiatement réagir à son tour.
La connaissance de la cinétique de ces réactions permet de déterminer la proportion de chacun des produits de réaction en fonction de l'avancement.

• pour A → B :  v₁ = − d[A] ⁄dt = k₁·[A]
• pour B → C :  v₂ = − d[B] ⁄dt = k₂·[B]
• pour C → D :  v₃ = − d[C] ⁄dt = k₃·[C]

Dans le cas où le produit recherché est l'un des intermédiaires, la modélisation permet de déterminer les conditions optimum pour maximiser son rendement.

Moyens d'action

Lorsqu'on souhaite privilégier la production d'un composé intermédiaire, il faudra chercher à favoriser la réaction qui le produit, et défavoriser la ou les réactions qui le consomme.
Le moyens envisageables sont:

• la pression si un réactif est gazeux
• la température si les vitesses des réactions y sont sensibles
• la concentration d'un réactif
• un catalyseur

Effet de la température

Les vitesses de réaction sont sensibles à la température. D'une manière générale, une augmentation de la température augmente la vitesse d'une réaction.
Une règle "du pouce", énonce qu'une vitesse de réaction double, pour toute augmentation de la température de 10°C.
Mais en réalité, la sensibilité des réactions à la température n'est pas identique pour toutes; si on exprime la vitesse de réaction selon la formulation d'Arrhénius, cette sensibilité est fonction de la valeur de l'énergie d'activation.
La sensibilité à la température de la vitesse de réaction sera d'autant plus grande, que l'énergie d'activation sera plus élevée.

Pour optimiser la production d'un composé intermédiaire, il faudra donc adopter les stratégies suivantes:

	action sur la température
Ea(amont) > Ea(aval)	l'augmenter
Ea(amont) < Ea(aval)	la diminuer

Effet de la pression

Ceci ne constitue pas une règle générale, mais si un des réactifs est gazeux, la vitesse à laquelle il réagit peut être influencée par la pression. Cette influence peut être différente pour une réaction et pour une autre.

Choix d'un catalyseur

Les catalyseurs permettent de favoriser une réaction plutôt qu'une autre.
Selon la théorie du "complexe activé", un catalyseur agit en abaissant l'énergie d'activation relative à une réaction et donc augmente sa vitesse.
Un catalyseur ne permet pas de ralentir une réaction indésirable.

Concentration d'un réactif

Les vitesses de réaction sont souvent proportionelles à la concentration des réactifs. Abaisser par tous moyens la concentration d'un réactif qu'on ne souhaite pas voir réagir est souvent efficace.
Par exemple si on souhaite maximiser la production d'un produit intermédiaire, on peut chercher à le retirer du milieu réactionnel au fur et à mesure de sa formation. Ceci peut être fait par vaporisation, cristallisation ou absorption.