Synthèse organique

TPChimie-PCSI2016-2017
TP4:SYNTHESEORGANIQUE
OUCOMMENTISOLERDESPRODUITSAL’ISSUED’UNESYNTHESE?
Objectifs:
ü Consolider les acquis expérimentaux du lycée en redécouvrant des montages et méthodes expérimentales très
fréquemmentutilisésensynthèseorganique.
ü Utiliserlesconnaissancesacquisessurlesforcesintermoléculairesetlasolubilitépourcomprendredesprotocolesde
séparation.
ü Apprendreàrédigeruncompterenduenchimieorganique.
INTRODUCTION:LAREACTIONDECANNIZZARO
Lebenzaldéhydeestutilisédansl’industrieagro-alimentairecommearôme(odeurd’amandeamère).
+
En présence d’une solution aqueuse d’hydroxyde de potassium (K , HO ), le benzaldéhyde est susceptible de réagir sur lui
mêmeselonlaréactiondeCannizzaro:
O
O
H
2
O
+ HO-
OH
+
Onformel’alcoolbenzylique(antiseptiqueàlargespectrebactéricideetfongicide)ainsiquel’ionbenzoate,baseconjuguée
de l’acide benzoïque (couple C6H5COOH/C6H5COO ). L’acide benzoïque est utilisé comme conservateur et agent fongicide
dansdenombreusesboissons«light»souslacodificationE210.
Document1:Donnéesphysiquesetsécurité
Produit
Benzaldéhyde
Alcool
benzylique
Acide
benzoïque
(C6H5COOH)
Benzoatede
potassium
+
(C6H5COO ,K )
Ether
diéthylique
Tfus
(°C)
-56
-15
122
Teb
(°C)
178
205
35
Masse
molaire
-1
(g.mol )
106
108
122
Densité
1,04
1,04
0,70
Solubilité
• Solubilitédansl’eau:
faible
• Trèssolubledansl’éther
diéthylique
• Solubilitédansl’eau
-1
assezfaible(40g.L à
17°C)
• Trèssolubledansl’éther
diéthylique
• Solubilitédansl’eau:
-1
1,5g.L à10°C
-1
2,4g.L à25°C
-1
68g.L à95°C
• Solubilitédans
l’etherdiéthylique:faible
-1
(2,4g.L à25°C)
• Trèssolubledansl’eau
-1
(400g.L à20°C)
• Insolubledansl’ether
diéthylique
Faiblementmiscibleavec
-1
l’eau(60,4g.L à25°C)
Autre
Miscibleavec
l’alcool
benzylique
Nocifencas
d’ingestion.
Provoqueune
irritationdesyeux.
Indicede
réfraction
nD25 = 1,5384 Nocifencas
d'ingestionou
d'inhalation.
Couple
C6H5COOH/
C6H5COO :
pKa=4,2
Nocifencasd’ingestion.
Irritantpourlesyeux.
Base
conjuguéede
l’acide
benzoïque
Permittivité
relative:
εr=4
(pourl’eau:εr
=82)
Attention:Porterdesgantslorsdelamanipulationdemilieuxtrèsbasiquesoutrèsacides.
Sécurité
Provoqueuneirritation
desyeux.
Liquideetvapeurs
inflammables
Nocifencas
d'ingestion
Peutprovoquer
somnolenceou
vertiges
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I.TRAVAILPREPARATOIRE
Alaséance1:
1) Dansquelétatphysiqueestl’alcoolbenzyliqueàlatempératuredulaboratoire?L’acidebenzoïque?Justifier.
C’estsouscesformesqu’ilfaudralesrécupérerenfindeTP.
2) Remplirletableaud’engagementsituédanslecompte-rendu.
3) Regarderlavidéoprésentantl’évaporateurrotatif.
http://www.canal-u.tv/video/tele2sciences/evaporateur_rotatif.14659
Alaséance2:
Document2:diagrammedeprédominanced’uncoupleacide/base
-
SoitAH/A uncoupleacide/basedontlepKaestdonné.Lediagrammedeprédominanceestreprésentéci-dessous:
−
AHprédomine
A prédomine
pH
pH=pKa
4) Tracerlediagrammedeprédominancedel’acidebenzoïque.
5) Expliquerbrièvementpourquoi:
• l’acidebenzoïqueestpeusolubledansl’eau
• lebenzoatedepotassiumesttrèssolubledansl’eau,maisinsolubledansl’etherdiéthylique
6) Regarderlavidéoprésentantl’utilisationdubancKofler.
https://www.youtube.com/watch?v=5UKnz8klOJ4
II.PROTOCOLE
Leflaconquisetrouvesurvotrepaillassecontientlemilieuréactionnelàl’issued’uneréactiondeCannizzaroréaliséedans
lesconditionssuivantes:
Manipulationréaliséeàl’avanceparlestechniciens
Introduire 10 mL de benzaldéhyde et la solution froide obtenue en dissolvant 10g de pastilles d’hydroxyde de
potassium (KOH) dans 40 mL d’eau. Agiter jusqu’à obtention d’une émulsion persistante. Laisser le flacon au repos
pendant48heures.
Vousdisposezdumélangeobtenuàl’issuedelaréaction.Cemélange,nontraité,estappelébrutréactionnel.
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Manipulationguidée1:Séparationdubrutréactionnelendeuxphases
-Vérifierquelebrutréactionnelesthomogène.Onpourrarajouterjusqu’à20mLd’eausicen’estpaslecas.
-Ajouter25mLd’étherdiéthylique.
-Séparerlaphaseaqueusedelaphaseorganiqueàl’aidedel’ampouleàdécanter.
-Extrairedenouveaulaphaseaqueuseavec25mLd’étherdiéthylique.
-Placerlaphaseaqueusedansleflaconprévuàceteffet:àconserverpourlaséancesuivante.
Manipulationguidée2:Traitementdelaphaseorganiqueàobtentiondel’alcoolbenzylique
-Sécherlaphaseorganiqueàl’aidedesulfatedemagnésiumanhydre.
-Unefoisleséchageachevé,filtrersurpapierfiltreplissédemanièreàrécupérerlaphaseorganiquedansunballon
rôdépréalablementtaré.
-Evaporerlesolvantàl’évaporateurrotatif.
-Peserleproduitisolé
Manipulationguidée3:Analysedel’alcoolbenzyliqueobtenu
- Mesurerl’indicederéfractionduliquideobtenu
- Effectuerunechromatographiesurcouchemincesurgeldesilice(CCM).
Solvant:éther(éthoxyéthane)
Eluant:Cyclohexane/acétone:2/1
Dépôts:
Ø Solutionsdebenzaldéhydecommercialetd'alcoolbenzyliquecommercial(solutionsfournies).
Ø Solution d’alcool benzylique (à préparer de la manière suivante: dans un petit bécher, sur la balance,
placer1gdeproduitpuiscompléterà10gavecdel’étherdiéthylique).
- Faireréaliserunspectreinfrarougeduproduitobtenu.
Findelaséance1.Complétezlecompte-rendufourni.
Manipulationguidée4:Traitementdelaphaseaqueuseàobtentiondel’acidebenzoïque
*
Placerlaphaseaqueusedansunerlenmeyer.
Mettrel’erlenmeyerdansunbaindeglaceaprèsavoirintroduitunbarreauaimantéetacidifierlentementson
-1
contenusouslahotteàl’aided’unesolutiond’acidechlorhydriqueà6mol.L (jusqu’àpH<2:contrôlerlepHàl’aide
depapierpH.Volumeàajoute:quelquesmL).Agiterpendantcetteopération.GANTSETLUNETTESOBLIGATOIRES.
LaisserrefroidirpuisessorersurentonnoirBüchner
Laverleproduitavecunpeud’eauglacée.Essorerànouveau.
*
Placerleproduitàl’étuve .
Peserleproduitsec
Lachromatographieprésentéedanslamanipulation5peutêtreréaliséependantqueleproduitestàl’étuve.
Manipulationguidée5:Analysedel’acidebenzoïqueobtenu
- Mesurerlatempératuredefusiondusolideobtenu(unefoissec).
- Effectuerunechromatographiesurcouchemincesurgeldesilice(CCM).
Solvant:éther(éthoxyéthane)
Eluant:Cyclohexane/acétone:2/1
Dépôts:
Ø Solutionsdebenzaldéhydecommercialetd’acidebenzoïquecommercial(solutionsfournies).
Ø Solutiond’acidebenzoïque(àpréparerdelamanièresuivante:dansunpetitbécher,surlabalance,
placer0,5gdeproduitpuiscompléterà10gavecdel’étherdiéthylique).
- Faireréaliserunspectreinfrarougeduproduitobtenu.
Findelaséance2.Complétezlecompte-rendufourni.
Boiteàoutils
Touteslestechniquesdontvousavezbesoinsontexpliquéesdanslafiche«Techniquesdebaseenchimieorganique».
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III.BILANELEVE(ENFINDETP)
1)
Remplirletableauci-dessous:ilpermettradefairelepointdestechniquesmaitriséesenvuedesconcours.
2)
Techniqueàmaitriser
Oui
Non
Réaliseruneextractionliquide-liquide
Sécherunephaseorganique
Utiliserl’évaporateurrotatif
Mesurerunindicederéfraction
RéaliserunessoragesurBüchner
ContrôlerunpH
FaireuneCCM
UtiliserunbancKöfler
Remplirlebilanci-dessous
Difficultéstechniques,pointsdélicats:indiquerlesélémentsàretenirpourvosrévisions(aumoinstrois)
IV.EVALUATIONPARL’ENSEIGNANT
Maitr
isé
Extrairelesinformationsutilesdesdocuments
Calculerdesquantitésdematièreàpartird’unprotocole
Justifierlesgesteseffectuésetleschoixexpérimentaux
ChoisirunproduitpourétalonnerlebancKofler
Com
VaIider
Réa
lise
r
Analyser
S’app ropri
er
Evaluationparl’enseignant
A
revoir
Commentaires
AnalyserunspectreIR
Calculerdesrapportsfrontaux
Maitriserlesgestestechniques
Exploiterlesanalyses,comparerauxvaleurstabulées
Présenterunrésultatdemesuremunidesonincertitude
Interpréterlesrésultatsd’uneCCM
Calculerunrendement
Proposerdesaméliorations
Rédigeruncompte-renduclaireetcomplet
Fairedesschémasclairsetpertinents
Gestiondutemps(êtreefficace,rapideetautonome)
Paillassepropreetdéchetsbiengérés
Sécurité
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Compte-rendu
PourcepremierTPdechimieorganique,lecompte-renduestpré-rempli.Ils’agitd’unmodèlepourlesTPàvenir.
Présentationdelaréactionréalisée
Bilan:
O
2
O
H
O
+ HO-
+
OH
Tableaud’engagement:
Ce tableau recense les quantités de réactifs introduites au début de la réaction. Il permet d’identifier le réactif limitant, de
déterminerlesquantitésmaximalesdeproduitsquel’onpeutattendre…
Quantitésrestantes
Rôle?(réactiflimitant,réactif
Espèceschimiques
Quantitésengagées
ouquantitéforméesi
enexcès,solvant,catalyseur,…)
transformationtotale
Aspectetcompositiondubrutréactionnelenfinderéaction:
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Séparationdubrutréactionnelendeuxphases
Afindeséparerlesdeuxproduitsobtenus,onréaliseune.
Solvantchoisi:.
Schémadel’ampouleàdécanter
Raisonsduchoix:
aprèsagitation
-
-
-
-
Onextraitlaphaseaqueuseavecdeuxfois25mLd’étherdiéthylique(plutôt
qu’avecunefois50mLd’étherdiéthylique)car:
Al’issuedecetteétape,résumédelasituation:
Traitementdelaphaseorganiqueàobtentiondel’alcoolbenzylique
Onréaliseunséchagedelaphaseorganiqueausulfatedemagnésiumanhydreafin.
Onfiltrelesulfatedemagnésiumanhydre,puisonutiliseunévaporateurrotatifafin.
Aspectduliquideobtenu:
Massedeliquideobtenue:
Rendementdelasynthèse:
Commentaire:
Analysedel’alcoolbenzyliqueobtenu
• Mesureindicederéfraction
Indicederéfractionobtenu(avecsonincertitude):
Comparaisonàlavaleurtabuléeetcommentaire:
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• CCM:
Méthodederévélation:
Schémadelaplaqueaprèsrévélation:
Commentaires:
• Spectre IR joint au compte-rendu et commenté (voir tables fournies pas le professeur). Comparer à une banque de
spectresinécessaire.
Conclusionetsuggestionsd’amélioration:
Traitementdelaphaseaqueuseàobtentiondel’acidebenzoïque
Onprocèdeàl’acidificationdelaphaseaqueuse,afin.
pHàatteindre:
Intérêt(commenternotammentl’utilisationdubaindeglace):
Onrécupèrel’acidebenzoïquepar.
Aspectdusolideobtenu:
Massedesolideobtenue(aprèspassageàl’étuve):
Rendementdelasynthèse:
Commentaire:
Schémadel’essoragesurBüchner
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Analysedel’acidebenzoïqueobtenu
• Mesuretempératuredefusion
Températuredefusionobtenue(avecsonincertitude):
Comparaisonàlavaleurtabuléeetcommentaire:
• CCM:
Méthodederévélation:
Schémadelaplaqueaprèsrévélation:
Commentaires:
• Spectre IR joint au compte-rendu et commenté (voir tables fournies pas le professeur). Comparer à une banque de
spectresinécessaire.
Conclusionetsuggestionsd’amélioration:
Organigrammerésumantladémarche:
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ListematérielCANNIZZARO
Classes:PCSI1-2-3
Nombresdepostes:12parséances
Produits
• Pourungroupe(unedemi-journée):(séance1)
60mLd’alcoolbenzylique,72gd’acidebenzoïquedans500mLdesolutiond’hydroxydedepotassiumà2,5mol.L-1
(70gdeKOHdans500mLd’eau)àrépartirdans12flacons.
• Etherdiéthylique(100mL/binôme)(séance1)
• Sulfatedemagnésiumanhydre(quelquesspatules/binôme)(séance1)
• Acidechlorhydrique6mol/L(séance2)
PourlaCCM:
Eluant:Cyclohexane/acétone:2/1
Dépots:Solutionsàdéposer:
Benzaldéhydecommercialdansétherdiéthylique(1gdans10g)
Acidebenzoïquecommercialdansétherdiéthylique(1gdans10g)(séance2)
Alcoolbenzyliquecommercialdansétherdiéthylique(1gdans10g)(séance1)
Matériel
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Ampouleàdécanter(100mL)+Bouchon+support.
4béchers150mL
1entonnoirenverrepourlafiltration
1entonnoirBüchner+fioleàvide(séance2uniquement)
1entonnoiràsolide.
Filtresrondsetfiltresplissés
PapierpH.
MatérielCCM
Granderlenmeyer+bouchon
Agitateurmagnétique
Cristallisoir
Ballonspourl’évaporateurrotatif(séance1uniquement)
Pilulierpourstockerl’alcoolbenzylique(5mLaumaximum)
Flaconpourstockerlaphaseaqueuse(50mLaumaximum)
Matérielcommun
• Evaporateurrotatif(séance1)
• Réfractomètre(séance1)
• BancKofler(séance2)
• SpectromètreIR
• Balances
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