Les produits chimiques sensibles à l’air sont couramment utilisés dans les laboratoires de chimie académiques et industriels. Parmi les exemples de réactifs sensibles à l’air figurent les composés organométalliques tels que les organolithiums, organomagnésiens, organozincs et organoaluminium ; les hydrures ; les complexes de borane ; ainsi que les métaux alcalins et plusieurs métaux de transition à l’état d’oxydation (0). Certains de ces produits chimiques sont aussi pyrophoriques et s’enflamment spontanément dans des conditions standard lorsqu’ils entrent en contact avec l’air.
De nombreuses réactions synthétiques extrêmement utiles sont sensibles à l’air, notamment les réactions de Grignard, les réductions utilisant des hydrures, les métallations et trans-métallations, la carbolithiation, et bien d’autres. Ces réactions sont largement utilisées pour synthétiser des produits chimiques fins, des médicaments, des polymères et bien d’autres produits.
L’exposition de ces réactions à l’air, à l’oxygène ou à l’humidité peut :
Favoriser des réactions secondaires produisant des produits indésirables
Décomposer les réactifs, empêchant toute réaction
Provoquer des incendies, explosions ou autres conditions dangereuses
Manipulation des réactions sensibles à l’air
La sensibilité à l’air peut être divisée en deux catégories : catalytique et stœchiométrique.
Un exemple typique de sensibilité catalytique à l’air, présenté dans la Figure 1a, est l’inflammation de solvants organiques résiduels ou de gaz H₂ adsorbé à la surface d’un catalyseur Pd(0) réduit, en raison de son oxydation exothermique en présence d’oxygène atmosphérique. La sensibilité stœchiométrique à l’air est très courante pour de nombreuses espèces organométalliques, comme la formation de gaz butane par réaction du butyl-lithium avec l’eau, illustrée dans la Figure 1b, avec un dégagement important de chaleur pouvant facilement provoquer un incendie.
La manipulation de la sensibilité catalytique à l’air nécessite un équipement de laboratoire spécialisé : lignes à vide, lignes de Schlenk, boîtes à gants sous atmosphère inerte et réacteurs spéciaux. Cependant, la plupart des composés utiles en synthèse appartiennent à la catégorie stœchiométrique et sont fréquemment utilisés par la majorité des chimistes.
Les solvants extra-secs constituent une autre catégorie de produits sensibles à l’air et à l’humidité, mais ils ne présentent pas de dangers intrinsèques. Dans leur cas, une mauvaise manipulation ou un stockage inadapté peut entraîner une dégradation progressive du produit. Celle-ci est difficile à détecter, mais peut interférer avec les expériences, affecter les résultats et nécessiter souvent une résolution de problèmes longue et fastidieuse.
Considérations de sécurité en laboratoire
Bien que le contact d’un solvant extra-sec avec l’humidité ne constitue pas en soi un danger, utiliser un solvant contaminé par l’eau dans des réactions sensibles à l’air peut entraîner des situations très dangereuses. Pour cette raison, les solvants extra-secs doivent être stockés avec le même soin que les composés ou solutions pyrophoriques et autres substances dangereuses.
Ces considérations sont très importantes car la sécurité en laboratoire est une priorité élevée pour les chercheurs, qu’ils travaillent en milieu industriel ou académique. Au cours des quinze dernières années, plusieurs accidents très médiatisés se sont produits, dont certains ont été attribués de manière simplifiée à l’inexpérience d’étudiants travaillant dans des laboratoires universitaires. Les accidents, cependant, sont rarement dus à une seule cause, et une analyse plus approfondie de ces incidents révèle plusieurs facteurs contributifs.
Il n’existe pas de bases de données complètes sur les types et la fréquence des accidents ou quasi-accidents, ce qui rend difficile la réalisation de recherches approfondies sur la sécurité en laboratoire, selon la revue de Dana Menard et John F. Trant publiée dans Nature Chemistry en 2020¹. Les données disponibles montrent néanmoins une forte incidence d’accidents impliquant des gaz réactifs et des matériaux pyrophoriques. Le butyllithium, par exemple, est connu pour poser problème dans les laboratoires universitaires de chimie organique où la gestion correcte de la sensibilité à l’air peut souvent être déficiente.
La présence de personnel de recherche plus expérimenté dans les laboratoires industriels et gouvernementaux peut rendre ces environnements légèrement plus sûrs. Toutefois, une étude de Schroder et de ses collaborateurs² a révélé que les évaluations de risques standardisées n’étaient pas utilisées de manière systématique. Les laboratoires industriels et gouvernementaux ont indiqué des taux de conformité plus élevés que la moyenne académique, mais celle-ci demeure préoccupante à seulement 43% et 36% respectivement.
Manipulation Sécurisée des Produits Sensibles à l’Air
L’utilisation de réactifs sensibles à l’air dans la recherche chimique n’est pas nouvelle. Une quantité importante de littérature est disponible pour fournir les bases d’une manipulation et d’un fonctionnement en toute sécurité³. Une évaluation des risques appropriée et une procédure correcte doivent reposer sur les deux pratiques suivantes :
L’utilisation de verrerie et d’équipements propres et secs
L’utilisation d’emballages spécialisés, de seringues et de gaz inertes et secs
Bien que la première pratique soit simple, elle doit être prise très au sérieux. Les réactifs peuvent réagir violemment en présence de quantités infimes d’eau, et une légère condensation d’humidité due aux différences de température entre le matériel de laboratoire et l’environnement peut suffire à déclencher un incendie.
La deuxième pratique nécessite une attention différente. De nombreux réactifs sensibles à l’air, ainsi que les solvants et solutions ultra-secs, sont conditionnés de manière spéciale afin de faciliter leur manipulation.
Conditionnement AcroSeal
Les marques Acros Organics et Alfa Aesar proposent le conditionnement AcroSeal, la solution de référence dans l’industrie. Son septum multicouche et son bouchon innovant inviolable (avec une large surface) permettent un stockage et une distribution pratiques et sûrs, tout en limitant l’exposition à l’atmosphère. Les seringues traversent facilement le septum et ne créent qu’un petit orifice qui se referme rapidement dans des conditions normales.
Pour distribuer des produits chimiques à partir d’un conditionnement AcroSeal, utilisez une seringue munie d’une aiguille de calibre 18 à 21 et un gaz inerte sec tel que l’azote ou l’argon. Commencez par pressuriser le flacon en injectant le gaz, puis retirez la quantité de liquide souhaitée. Vous pouvez également utiliser une aiguille double ou à double pointe — une pour prélever le liquide et l’autre pour ajouter le gaz inerte depuis une conduite de gaz ou un ballon.
Bonnes Pratiques
Certains protocoles recommandent l’utilisation de seringues en verre pour les réactifs pyrophoriques, mais des études récentes⁴ suggèrent que les utilisateurs moins expérimentés peuvent trouver plus facile d’utiliser une seringue jetable en polypropylène avec embout Luer lock.
Le séchage de solvants ou la préparation de solutions de réactifs sensibles à l’air peut être fastidieux, long et présenter des risques importants. Les produits prêts à l’emploi dans des conditionnements spécialisés et sécurisés constituent une solution pratique, économique et axée sur la sécurité.
La technologie AcroSeal a connu plusieurs innovations au cours de ses 25 ans de présence sur le marché. Plus de 2 000 produits Acros Organics et Alfa Aesar sont actuellement disponibles dans des conditionnements AcroSeal.
Références :
- A.D. Ménard and J.F. Trant, A review and critique of academic lab safety, Nature Chemistry 2020, 12, 17–25
- Schröder, I., Huang, D. Y. Q., Ellis, O., Gibson, J. H. & Wayne, N. L. Laboratory safety attitudes and practices: A comparison of academic, government, and industry researchers. J. Chem. Health Saf. 2016, 23, 12–23
- D.F. Shriver, M.A. Dredzdon, The manipulation of air sensitive compounds, John Wiley & Sons, 1986
- E.S. Von Nehring, V. Dragojlovic, Handling of Air-Sensitive and Moisture-Sensitive Reagents in an undergraduate Chemistry Laboratory: The Importance of the Syringe, J. Chem Ed. 2021, 98, 246-249
