TP1 : P

TP1 : PRISE DE CONTACT AVEC LA CHIMIE
1. DANGERS AU LABORATOIRE
- Blouse
- Chaussures fermées
- Lunettes (attention lentilles)
- Gants
Les risques et les toxicités des différents réactifs et solvants
Cf. Les fiches de toxicologie
- Rappel sur les étiquetages
- Ne pas jeter les solvants
2. LE MATERIEL
Les éléments d’un laboratoire,
Intérêt de chacun des éléments.
3. DEFINITIONS
Solvant : Un solvant est un liquide qui a la propriété de dissoudre et de diluer d'autres
substances sans les modifier chimiquement et sans lui-même se modifier. Le terme solvant
organique se réfère aux solvants qui sont des composés organiques qui contiennent des
atomes de carbone. Habituellement, les solvants ont une température de fusion faible et
s'évaporent facilement. Les solvants permettent de dissoudre les réactifs et d'amener les
réactifs à se toucher. Ils ne réagissent pas chimiquement avec le composé dissout : ils sont
inertes. Les solvants peuvent aussi êtres utilisés pour extraire les composés solubles d'un
mélange, l'exemple le plus commun étant l'infusion de thé dans de l'eau chaude. Les solvants
sont souvent des liquides transparents avec une odeur caractéristique. La concentration d'une
solution est la quantité de composé dissous dans un certain volume de solvant.
Pour les solutions liquides (phase uniforme liquide contenant plusieurs espèces chimiques), si
l'une des espèces est très largement majoritaire (au moins un facteur 100), on l'appelle le
solvant. C'est le cas de l'eau pour les solutions aqueuses (par exemple une solution aqueuse de
sulfate de cuivre : l'eau est le solvant et les ions sulfate et cuivre(II) les solutés).
Réactif : Lors d'une réaction chimique, un réactif est une espèce chimique, présente dans le
système réactionnel, qui tend à diminuer au cours du temps : les réactifs sont consommés,
leurs atomes se réarrangent pour former de nouvelles molécules, les produits de cette réaction.
En d'autres termes, les réactifs sont consommés par la réaction chimique, alors que les
produits sont formés.
Masse : La masse est une propriété physique d'un objet qui mesure la quantité de matière et
d'énergie contenus dans cet objet. Contrairement au poids d'un objet, la masse d'un objet reste
constante quel que soit l'altitude d'un objet sur terre, et en général quelle que soit sa position
dans l'univers.
L'unité de base de la masse est le kilogramme (kg) et non pas le gramme (g). On utilise
également la tonne égale à 1 000 kg et l'unité de masse atomique.
Masse moléculaire : La masse moléculaire est le rapport entre la masse d'une molécule et
l'unité de masse des atomes : uma (équivalente à 1/12 de la masse d'un atome de carbone 12).
Elle peut être obtenue par l'addition de la masse atomique de chaque atome de la molécule
multipliée par leur indice numérique dans la formule brute ou mesurée expérimentalement par
spectrométrie de masse.
La masse molaire est équivalente à autant de g qu'il y a d'unités dans la masse moléculaire.
Masse molaire : La masse molaire est la masse d'une mole d'un composé chimique exprimée
en grammes par mole (g·mol-1 ou g/mol).
Cette relation se traduit ainsi : n = m/M
avec :
n : le nombre de moles ;
m : la masse en grammes ;
M : la masse molaire en grammes par mole.
Le tableau périodique des éléments peut être lu de deux façons : il donne soit la masse de
chaque atome en unité atomique soit la masse d'une mole d'un atome. Cette dernière
utilisation est la plus utilisée pour le calcul de la masse molaire à partir de la formule brute en
multipliant les coefficients de chaque atome par sa masse molaire.
Masse volumique : Pour toute substance homogène, le rapport de la masse m correspondant à
un volume V de cette substance est indépendante de la quantité choisie : c'est une
caractéristique du matériau appelée masse volumique: ρ = m/V
Densité : La densité est un nombre sans dimension, égal au rapport d'une masse d'une
substance homogène à la masse du même volume d'eau pure à la température de 3,98 °C.
Par définition, la densité de l'eau pure à 3,98 °C est égale à 1 ; la valeur de la densité
permet de déterminer la flottabilité d'un matériau dans de l'eau pure : si cette valeur est
inférieure à 1 (celle de l'eau), un bloc de matériaux flottera (puisqu'à volume égal, il subira
immergé dans l'eau une poussée supérieure à son propre poids).
La définition de la densité permet sa mesure en laboratoire. Elle peut aussi se calculer en
divisant la masse volumique de la substance par 1 000 kg/m3, masse volumique de l'eau pure
à 3,98 °C.
Volume : Le volume se mesure en mètre cube dans le système international. On utilise
fréquemment le litre, notamment pour des liquides. V le volume
Point de fusion : Le point de fusion d'un corps représente la température à laquelle coexistent
son état solide et son état liquide. Le point de fusion est une constante d'une substance
périodique des éléments. Elle est habituellement calculée sous pression atmosphérique
normale (1 atmosphère). Il est donc possible, en connaissant son point de fusion, de
déterminer la nature d'une substance.
Point d’ébullition : La température de vaporisation est la température à laquelle un matériau
passe de l'état liquide à l'état de vapeur.
pH : En chimie, le pH mesure l'activité de protons (H+) solvatés. Notamment, en solution
aqueuse, ces protons sont présents sous la forme de l'ion oxonium (également, et
improprement, appelé hydronium). Le pH mesure l'acidité ou la basicité d'une solution.
Le pH au quotidien :
Substance
Acide chlorhydrique molaire
Drainage minier acide (DMA)
Batterie acide
Acide gastrique
Jus de citron
Cola
Vinaigre
Jus d'orange ou de pomme
Bière
Café
Thé
Pluie acide
Lait
Eau pure
Salive humaine
Sang
Eau de mer
Savon
Ammoniaque
Hydroxyde de calcium
Hydroxyde de sodium molaire
pH approximatif
0
<1,0
<1,0
2,0
2,4
2,5
2,9
3,5
4,5
5,0
5,5
< 5,6
6,5
7,0
6,5 – 7,4
7,34 – 7,45
8,0
9,0 à 10,0
11,5
12,5
14,0
Un acide est une espèce chimique capable de céder un proton H+.
Une base est une espèce chimique capable de capter un proton H+.
pKa : Constante d'acidité d'un couple acide-base dans l'eau.
A tout couple acide-base est associé, dans l'eau, un équilibre schématisé par :
Acide + H2O = base + H3O+
Et une constante d'acidité Ka qui satisfait à la relation :
[base]*[H3O+]/[acide] = cte = Ka
La valeur de Ka est caractéristique du couple acide-base ; elle ne dépend que de la
température ; elle est indépendante de l'existence d'autres espèces chimiques en solution.
* En utilisant le pKa du couple, la relation précédente s'écrit :
pH = pKa + log [base]/[acide]
L'égalité Ka =10 - pKa montre que pKa et Ka varient en sens contraires :
pKa faible « Ka élevé
pKa élevé « Ka faible
Précipité : En chimie un précipité est la formation d'une phase dispersée hétérogène dans une
phase majoritaire. La formation d'un précipité est la précipitation. Cela désigne en général la
formation d'un cristal solide d'un sel dans un liquide. En métallurgie, cela peut en outre
désigner la formation d'un cristal de composition donnée au sein d'un alliage. En
météorologie, cela désigne la formation de gouttes d'eau ou de cristaux de glace dans
l'atmosphère
4. APPRENTISSAGE DE LA MANIPULATION
Attention : jamais d’eau dans l’acide
Fabriquer une solution 100 mL d’une solution à 1 mol/L dans l’eau
Fabriquer une solution de 300 mL d’une solution à 1 mol/L d’acide chlorhydrique
CORRECTION DU TP DU 26/02/06
DEFINITIONS ET PREMIERES MANIPULATIONS EN CHIMIE
1. Présentation des dangers au laboratoire
Rappel : la blouse est obligatoire !
Port de chaussures fermées
Port de lunettes et pas de lentilles
Port de gants
Fiches toxicologiques :
Elles sont mises à disposition lors de chaque séance de TP, les consulter avant toute utilisation
de produit
Les phrases de risque (R) et de sécurité (S) seront notées sur le compte-rendu.
Quel sont les renseignements que vous pouvez trouver sur ces fiches ?
1 L'identification du produit chimique (nom, formule, numéro CAS…)
2 L’identification des dangers (phrases de risque R)
3 L'identification des règles de sécurité (phrases de sécurité S)
4 Les utilisations possibles de produit
5 Les propriétés physiques et chimiques du produit (stabilité et réactivité du produit)
6 Les précautions de stockage, d'emploi et de manipulation
7 Les risques d’incendie
8 Les informations concernant les pathologies / la toxicologie liées au produit
9 Les informations réglementaires relative à l’hygiène et à la sécurité au travail
10 Les informations écotoxicologues (protection de l’environnement)
11 Les informations relatives au transport
Toutes autres informations disponibles pouvant contribuer à la sécurité ou à la santé
12
des utilisateurs
2. Présentation du matériel
Penser à utiliser le matériel adapté à la manipulation !
- pour une mesure très précise : fiole ou pipette jaugée
- pour une mesure précise : éprouvette ou pipette graduée
- pour une mesure peu précise : bécher, erlenmeyer…
- adapter le volume de la verrerie utilisée à la manipulation
3. Définitions
Solvant : Un solvant est un liquide qui a la propriété de dissoudre et de diluer d’autres
substances sans les modifier chimiquement et sans lui-même se modifier. Ils permettent de
dissoudre les réactifs et d’amener les réactifs en contact, sans réagir chimiquement avec eux
(on dit qu’ils sont inertes).Le terme solvant organique se réfère aux solvants qui sont des
composés organiques qui contiennent des atomes de carbone. Habituellement les solvants
s’évaporent facilement. Ils ont souvent une odeur caractéristique (ne pas le sentir !!) et sont
souvent des liquides transparents. Les solvants peuvent aussi être utilisés pour extraire les
composés soluble d’un mélange, l’exemple le plus connu étant l’infusion de thé dans l’eau
chaude.
Pour les solutions liquides (phase uniforme liquide contenant plusieurs espèces chimiques), si
l’une des espèces est largement majoritaire (au moins un facteur 100), on l’appelle solvant.
C’est le cas de l’eau pour les solutions aqueuses.
Soluté : Substance dissoute dans un solvant
Réactif : Lors d’une réaction chimique, un réactif est une espèce chimique présente dans le
système réactionnel qui tend à diminuer au cours du temps : les réactifs sont consommés, les
atomes se réarrangent pour former de nouvelles molécules : les produits de cette réaction.
Masse moléculaire : La masse moléculaire est le rapport entre la masse d’une molécule et
l’unité de masse des atomes (uma, équivalente à 1/12 de la masse d’un atome de carbone 12).
La masse molaire est équivalente à autant de g qu’il y a d’unités dans la masse moléculaire.
Masse molaire : La masse molaire est la masse d’une mole d’un composé chimique exprimée
en grammes par mole (g.mol-1 ou g/mol).
n=m/M
n : nombre de moles (mol)
m : masse (g)
M : masse molaire (g/mol)
Attention : toujours noter les unités des éléments d’une formule ! vérifier l’homogénéité de la
formule (c’est à dire le fait que les unités correspondent bien). Vérifier l’homogénéité peut
également être une méthode pour retrouver la formule en cas d’oubli.
Le calcul de la masse molaire d’un produit chimique peut être effectuée par lecture du tableau
périodique (cette donné est également fournie sur les pots et flacons, ainsi que sur les fiches
toxicologiques des produits).
Masse volumique : Pour toute substance homogène, le rapport de la masse m correspondant à
un volume V de cette substance est indépendante de la quantité choisie : c'est une
caractéristique du matériau appelée masse volumique: ρ = m/V
Densité : La densité est un nombre sans dimension, égal au rapport d'une masse d'une
substance homogène à la masse du même volume d'eau pure à la température de 3,98 °C.
Par définition, la densité de l'eau pure à 3,98 °C est égale à 1 ; la valeur de la densité permet
de déterminer la flottabilité d'un matériau dans de l'eau pure : si cette valeur est inférieure à 1
(celle de l'eau), un bloc de matériaux flottera (puisqu'à volume égal, il subira immergé dans
l'eau une poussée supérieure à son propre poids). La définition de la densité permet sa mesure
en laboratoire. Elle peut aussi se calculer en divisant la masse volumique de la substance par
1000 kg/m3, masse volumique de l'eau pure à 3,98 °C.
Concentration massique : La concentration massique d'une solution est la masse de soluté
que l'on a dissous pour obtenir un litre de solution.
Concentration molaire : La concentration molaire d'une solution est la quantité de matière (=
nombre de moles) de soluté que l'on a dissous pour obtenir un litre de solution.
pH : En chimie, le pH mesure l'activité de protons (H+) solvatés. Le pH mesure l'acidité ou la
basicité d'une solution.
Le pH au quotidien :
Substance
Acide chlorhydrique molaire
Drainage minier acide (DMA)
Batterie acide
Acide gastrique
Jus de citron
Cola
Vinaigre
Jus d'orange ou de pomme
Bière
Café
Thé
Pluie acide
Lait
Eau pure
Salive humaine
Sang
Eau de mer
Savon
Ammoniaque
Hydroxyde de calcium
Hydroxyde de sodium molaire
pH approximatif
0
<1,0
<1,0
2,0
2,4
2,5
2,9
3,5
4,5
5,0
5,5
< 5,6
6,5
7,0
6,5 – 7,4
7,34 – 7,45
8,0
9,0 à 10,0
11,5
12,5
14,0
Un acide est une espèce chimique capable de céder un proton H+.
Une base est une espèce chimique capable de capter un proton H+.
pKa : Constante d'acidité d'un couple acide-base dans l'eau.
A tout couple acide-base est associé,dans l'eau,un équilibre schématisé par :
Acide + H2O = base + H3O+
Et une constante d'acidité Ka qui satisfait à la relation :
[base]*[H3O+]/[acide] = cte = Ka
La valeur de Ka est caractéristique du couple acide-base ; elle ne dépend que de la
température ; elle est indépendante de l'existence d'autres espèces chimiques en solution.
* En utilisant le pKa du couple, la relation précédente s'écrit :
pH = pKa + log [base]/[acide]
Dissolution : Mise en solution
Dilution : Adjonction de solvant à une solution pour en diminuer la concentration
4. Apprentissage de la manipulation
Dans les compte-rendus de TP devront figurer les calculs effectués, le descriptif des
opérations réalisées ainsi que des schémas annotés des manipulations.
a.
Préparation d’une solution de soude (hydroxyde de sodium, NaOH) à 1 mol/L
dans l’eau
Données toxicologiques :
Données :
Volume final : 50 ml
Concentration c = 1 mol.l-1
Masse molaire de la soude : M(NaOH)
= M(Na) + M(O) + M(H) = 22.99 + 16.00 + 1.01
= 40.00 g.mol-1
Pour cette donnée, se reporter soit au tableau périodique pour avoir les masses molaires de
chacun des éléments, soit au pot de soude, soit à la fiche toxicologique.
Paramètres à calculer :
- Nombre de moles de soude dans la solution (quantité de matière) :
n (mol) = c (mol.l-1) * V (l)
= 1 * 50.10-3
= 0.05
Il y a n = 0.05 mol de soude dans 50 ml de solution à 1 mol.l-1 dans l’eau
- Masse de soude à peser :
m (g) = n (mol) * M (g.mol-1)
= 0.05 * 40.00
= 2.00
Il faut peser m=2.00 g de soude pour préparer 50 ml de solution à 1 mol.l-1 dans l’eau
Préparation de la solution :
- dans un bécher, peser 2 g de soude
Attention ! ne pas oublier de faire la tare avant de peser !
- introduire dans le bécher un volume < 50 ml d’eau distillée
- agiter la solution (sur un agitateur magnétique après avoir placé dans la solution un
barreau aimanté ou à l’aide d’une spatule) jusqu’à dissolution de la soude
Remarque : Attention ! de la chaleur de dégage lors de la dissolution de la soude
- transvaser à l’aide d’un entonnoir la solution ainsi obtenue dans une fiole jaugée de 50
ml
- compléter le volume de la solution à 50 ml à l’aide d’une pissette d’eau distillée ou
goutte à goutte à la pipette pasteur pour plus de précision
Remarque sur la manipulation des fioles jaugée :
Pour une lecture précise, les yeux doivent être en face du trait de jauge de la fiole.
C’est le bas du ménisque (la surface de la solution n’est pas plane, mais concave) qui doit
toucher le trait de jauge.
-
placer un morceau de parafilm sur le haut de la fiole et agiter la solution obtenue
Pissette d’eau
distillée
Bécher de 50 ml
Solution de
soude (2 g + 40
ml eau distillée)
Entonnoir
Fiole jaugée de 50
b.
Solution de soude
à 1 mol/l
Préparation d’une solution d’acide chlorhydrique (HCl) à 1 mol/L dans l’eau
Attention !
1. l’acide utilisé est de l’acide à 37 %, ce qui signifie que dans 100 g de solution acide
il y a 37 g d’acide chlorhydrique.
2. Lors de la préparation des solutions, ne jamais verser d’eau dans une solution
d’acide concentrée ! (risques de projection)
3. La préparation de cette solution (pipetage de l’acide) doit se faire sous la hotte
Données toxicologiques :
Données :
Volume final : 50 ml
Concentration c = 1 mol.l-1
Masse molaire de l’acide : M(HCl) = M(H) + M(Cl) = 1.01 + 35.45
= 36.46 g.mol-1
Pour cette donnée, se reporter soit au tableau périodique pour avoir les masses molaires de
chacun des éléments, soit à la bouteille d’acide, soit à la fiche toxicologique.
Masse volumique de l’acide : ρ = 1.19 kg/l
Paramètres à calculer :
- Nombre de moles d’acide dans la solution (quantité de matière) :
n (mol) = c (mol.l-1) * V (l)
= 1 * 50.10-3
= 0.05
Il y a n = 0.05 mol d’acide dans 50 ml de solution à 1 mol.l-1 dans l’eau
- Volume d’acide à prélever :
m (g) = n (mol) * M (g.mol-1)
= 0.05 * 36.46
= 1.82
Il faut peser m=1.82 g d’acide pour préparer 50 ml de solution à 1 mol.l-1 dans l’eau dans le
cas où on travaille avec de l’acide à 100 %
Il s’agit ici d’un acide à 37% en masse, la masse à peser est donc :
m = 1.82 * 100 / 37
m = 4.92 g
L’acide chlorhydrique étant liquide et sa manipulation devant se faire sous la hotte, il est plus
facile de mesurer un volume de liquide à prélever que de peser une masse d’acide.
V (l)
= m (g) / ρ (g.l-1)
= 4.92 / 1.19.103
= 4.13.10-3
Il faut mesurer 4.13 ml de solution d’acide à 37% pour préparer 50 ml de solution à 1 mol.l-1
dans l’eau
Préparation de la solution :
- dans un bécher, introduire un volume d’eau < 50 ml
- mesurer 4.13 ml de solution d’acide (pipette graduée) et l’introduire dans le bécher
- agiter la solution (sur un agitateur magnétique après avoir placé dans la solution un
barreau aimanté ou à l’aide d’une spatule) pour homogénéiser
- transvaser à l’aide d’un entonnoir la solution ainsi obtenue dans une fiole jaugée de 50
ml
- compléter le volume de la solution à 50 ml à l’aide d’une pissette d’eau distillée ou
goutte à goutte à la pipette pasteur pour plus de précision (note : on peut à ce moment
introduire de l’eau dans la solution acide car elle est diluée)
- placer un morceau de parafilm sur le haut de la fiole et agiter la solution obtenue
Introduction de 4.13 ml
d’acide à l’aide d’une
pipette graduée
Pissette d’eau
distillée
Bécher de 50 ml
Solution d’acide (4.13
ml acide + 40 ml eau
distillée)
Entonnoir
Fiole jaugée de 50 ml
c.
Solution d’acide à
1 mol/l
Dosage colorimétrique
Protocole :
a. Noter le pH des solutions obtenues précédemment avec le papier pH
b. Remplir la burette de la solution basique (25 ml)
c. Mettre 10 ml la solution acide dans un erlenmeyer + quelques gouttes de BBT (bleu de
bromothymol). Noter la couleur de la solution obtenue.
d. Introduire goutte à goutte la solution basique dans la solution acide. Noter la variation
de couleur et le volume correspondant ; mesurer le pH.
Note sur le BBT :
Le bleu de bromothymol (ou BBT, ou dibromothymolsulfonephthaleine) est un composé
chimique souvent utilisé comme indicateur coloré de pH.
La forme acide est jaune (pH<6,0) et la forme basique est bleue (pH>7,6). Entre ces deux pH,
une solution contenant ce composé est de couleur verte (mélange des deux couleurs). Cette
propriété est utilisée pour suivre les changements de pH dans la zone de virage.
Teintes du bleu de bromothymol :
Les différentes teintes du bleu de bromothymol en solution :
Tube 1 : forme superacide du bleu de bromothymol (acide
chlorhydrique concentré, pH négatif)
Tube 2 : forme acide (jaune) du bleu de bromothymol (solution d'acide
chlorydrique à 0,5 mol/L)
Tube 3 : zone de virage du bleu de bromothymol (coexistence des
formes acide et basique)
Tube 4 : forme basique (bleu) du bleu de bromothymol (solution
d'hydroxyde de sodium à 1 mol/L)
Couleurs du bleu de bromothymol
forme acide zone de virage forme basique
jaune
pH 6.0 à pH 7.6 bleu
Schéma du dosage :
Solution de soude (NaOH)
C1 = 1 mol.l-1
V1 = 25 ml
Solution d’acide chlorhydrique (HCl)
C0 = 1 mol.l-1
erlenmeyer 100 ml
•
Calcul approché du pH d’une solution d’acide fort :
pH = - log[H3O+]
Le pH de la solution d’acide chlorhydrique à 1 mol/L est donc égal à 0.
•
Calcul approché du pH d’une solution de base forte :
pH = 14 + log[OH-]
Le pH de la solution de soude à 1 mol/L est donc égal à 14.
Remarque :
Ces pH correspondent aux exemples donnés lors des définitions…
•
Dosage :
H3O+ + OH-
2 H2O
Il s’agit d’un dosage acide fort / base forte.
A l’équivalence :
C0 * V0 = C * Veq
Donc Veq
= C0.V0 / C
= 10 ml
A l’équivalence, le pH est de 7.
Remarques :
- Il est difficile de mesurer le pH à l’équivalence à l’aide de papier pH car la solution contient
également du BBT, qui est un colorant. La couleur observée sur le papier pH n’est donc pas
concluante quant au pH de la solution.
L’étude des équivalence à l’aide d’un pHmètre ou d’un conductimètre sera abordée lors d’une
prochaine séance.
- On dose un acide fort molaire (= à une concentration de 1 mol/l) par une base forte molaire.
Pour un volume de 10 ml d’acide, on doit donc trouver un volume équivalent de soude de 10
ml. Cette réflexion doit permettre de savoir si la préparation des solutions et le dosage ont été
bien menés.
INTERROGATION TRAVAUX PRATIQUES 1 - PRINCIPES DE LA
CHIMIE EXPERIMENTALE
Date :
Nom :
Prénom :
1. Identifier la verrerie du laboratoire :
Pour chaque verrerie proposée indiquer un numéro choisi dans la liste suivante :
1- bécher ; 2- pipette jaugée ; 3- fiole jaugée ; 4- ampoule à décanter ; 5- erlenmeyer ; 6- fiole
à vide ; 7- éprouvette graduée ; 8- entonnoir ; 9- entonnoir de bûchner ; 10- cristallisoir ; 11réfrigérant ; 12- burette.
2. Travailler en sécurité :
Donner la signification des pictogrammes suivants :
Quel est celui qui nécessite de travailler sous hotte ?
Pour diluer une solution d'acide sulfurique concentré on doit : ajouter l'acide dans l'eau ou
bien ajouter l'eau dans l'acide.
3. Préparer une solution :
Compléter le texte suivant en choisissant dans la liste : une pipette jaugée ; un bécher gradué ;
une fiole jaugée ; une pipette graduée ; une burette graduée ; 10 mL 20 mL ; 50 mL ; 100 mL
; 500 mL ; agiter ; observer ; trait de jauge ; en haut ; vider.
Pour préparer 500,0 mL d'une solution B de sulfate de cuivre à 0,10 mol/L à partir d'une
solution A de sulfate de cuivre à 1,0 mol/L, on doit prélever ...................... de la solution A à
l'aide d'.............., puis verser dans ............ de ........... , compléter avec de l'eau distillée
jusqu'............ puis ........... pour homogénéiser.
CORRIGE INTERROGATION TRAVAUX PRATIQUES - PRINCIPES DE
LA CHIMIE EXPERIMENTALE
1. Identifier la verrerie du laboratoire :
A : entonnoir de büchner ; B : bécher ; C : erlenmeyer ; D : fiole à vide ; E : réfrigérant ; F :
cristallisoir ; G : éprouvette graduée ; H :pipette jaugée ; I : fiole jaugée ; J : ampoule à
décanter ; K : burette. L : entonnoir.
Travailler en sécurité :
corrigé
A : corrosif, provoque des brûlures donc travail avec gant et lunette
B : substance nocive, irritante donc travail sous hotte. ; C : substance inflammable.
Pour diluer une solution d'acide sulfurique concentré on doit ajouter l'acide dans l'eau pour
éviter les projections d'acide.
Préparer une solution :
corrigé
Pour préparer 500,0 mL d'une solution B de sulfate de cuivre à 0,10 mol/L à partir d'une
solution A de sulfate de cuivre à 1,0 mol/L, on doit prélever 50 mL de la solution A à l'aide
d'une pipette jaugée, puis verser dans une fiole jaugée de500 mL , compléter avec de l'eau
distillée jusqu'au trait de jauge puis agiter pour homogénéiser.
TP2 1ERE PARTIE :
SEPARATION ET IDENTIFICATION D’ESPECES CHIMIQUES PAR
CHROMATOGRAPHIE
I. Etude de documents sur les colorants.
Utiliser les indications des documents au verso pour compléter le tableau ci-dessous :
Colorant
Code
Nom chimique
Couleur
Nombre d’espèces
chimiques
II. Manipulation.
Echantillons : les trois colorants de référence (jaune, vert, rouge) et un mélange de colorants.
1.
•
•
2.
•
•
•
•
3.
•
•
•
III.
1.
2.
3.
4.
Préparer la cuve à chromatographie : l’éluant le mieux adapté à la chromatographie des
colorants est un mélange d’éthanol et de solution de chlorure de sodium.
Préparer ce mélange dans une fiole jaugée de 50 ml : 10 ml éthanol + 40 ml eau salée
(solution de chlorure de sodium à 40 g/L)
Verser environ 1 cm de hauteur d’éluant dans la cuve. Recouvrir la cuve de son
couvercle.
Préparer la phase fixe :
On utilise du papier filtre : découper un rectangle de papier pouvant entrer verticalement
dans la cuve.
Faire un trait léger au crayon à 1 cm du bas.
Marquer très légèrement sur ce trait la place des dépôts pour que ceux-ci soient
régulièrement espacés.
A l’aide d’une pipette pasteur, déposer un peu de chacun des échantillons (diamètre des
tâches inférieur à 1 mm).
Elution :
Suspendre le papier verticalement dans la cuve (il ne doit pas toucher le fond de la cuve)
Observer le phénomène qui se produit (c’est l’élution).
Lorsque le front du solvant est arrivé à environ 2 cm du bord supérieur, sortir le papier,
noter le front du solvant et entourer les taches.
Etude de la chromatographie.
Faire des schémas annotés de l'expérience réalisée.
Décrire ses observations.
Qu’est devenue la tache du colorant vert ? Justifier alors le titre « séparation d’espèces
chimiques par chromatographie. »
Compléter le tableau suivant :
Distance parcourue par le front du solvant : .......................................
5. COLOR
R
J
V
ANT
Distance (cm)
Rf
Calcul du rapport frontal : R f =
5.
6.
distance parcourue par la tache
distance parcourue par le front du solvant
Comparer les hauteurs parcourues par le jaune tartrazine dans le cas du colorant jaune et
dans le cas du colorant vert. Justifier le titre « identification d’espèces chimiques par
chromatographie. »
Utiliser ces observations sur les échantillons de référence pour décrire la composition du
mélange.
TP2 2E PARTIE:
SYNTHESE D'UN ESTER ODORANT
Objectifs : - respecter un protocole opératoire et les consignes de sécurité
- connaître le nom du matériel utilisé (verrerie, dispositif de chauffage)
- synthétiser une espèce chimique présente à l'état naturel (fleurs, fruits).
Espèce chimique
Formule
brute
C2H4O2
C5H12O
C7H14O2
Nom
6. ACIDE ETHANOÏQUE OU
ACIDE ACETIQUE
Alcool isoamylique
Acétate d’isoamyle
Température
Masse
volumique d'ébullition
(°C)
(g/cm3)
1,05
0,81
0,87
118,0
128,5
142,0
Solubilité
dans l’eau
très grande
faible
très faible
I – Protocole expérimental.
Utiliser des lunettes de protection et des gants.
1. Réaction d'estérification
Dans un erlenmeyer de volume adapté, introduire successivement à l'aide de la même
éprouvette graduée :
10 mL d’alcool isoamylique
15 mL d'acide acétique (sous la hotte).
Ajouter avec précaution, 10 gouttes d'acide chlorhydrique concentré (sous la hotte)..
Chauffer le mélange au bain-marie pendant 10-15 minutes.
2. Lavages et décantations.
Dans l’erlenmeyer, ajouter 50 mL d'une solution de chlorure de sodium. Agiter doucement,
puis transvaser le tout dans une ampoule à décanter.
Deux phases se séparent ; la phase organique supérieure contient l'ester, une partie de l'alcool
qui n'a pas réagi et un peu d'acide acétique ; la phase aqueuse inférieure contient l'acide
chlorhydrique et la majeure partie de l'acide acétique qui n'a pas réagi. Evacuer, dans
l’erlenmeyer, la phase aqueuse inférieure .
NB : Idéalement, il faudrait ajouter à la phase organique restée dans l'ampoule à décanter 25
mL d'une solution saturée d'hydrogénocarbonate de sodium. Une forte effervescence se
produit, c'est du dioxyde de carbone. L'acide acétique restant est transformé en ion acétate
plus soluble dans la phase aqueuse que dans la phase organique. Celle-ci est donc “lavée” de
l'acide acétique qu'elle contenait.
Evacuer alors, dans un petit bécher la phase organique qui reste dans l'ampoule.
II – Questions.
Noter la couleur du liquide obtenu ; y tremper un papier filtre et le sentir.
1. Quelle odeur vous rappelle l'espèce synthétisée ?
2. Annoter le schéma du montage.
3. Bilan de la réaction :
a. Ecrire l’équation de cette réaction chimique avec les réactifs et les produits en toutes
lettres :
………………………+……………………… → ………………………+………………
b.
Ecrire l’équation de la réaction à l’aide des formules brutes de ces espèces chimiques.
Le nombre d’atomes est-il conservé au cours de la transformation ?
CORRECTION TP2
I Séparation et identification d’espèces chimiques.
1- Toxicologie (R11, S7, S16)
L’éthanol est facilement inflammable
Conserver le récipient bien fermé
Conserver à l’écart de toutes flammes ou étincelles, ne pas fumer.
2- Calcul de la quantité de solution de chlorure de sodium à prélever
m=cxV
c = 40 g/L
V = 40 mL
M = 40 x 40.10-3 = 1,6 g
3- Mise en place des expérimentations
À l’aide d’une balance peser le sel dans un bécher après avoir fait la tare.
Mettre 10 mL d’éthanol dans la fiole jaugée de 50 mL mesurée grâce à une
pipette jaugée ou une éprouvette graduée. Dissoudre le sel dans un peu d’eau
distillée puis, verser cette solution dans la fiole jaugée. Compléter jusqu’au trait
de jauge avec de l’eau distillée.
10 mL éthanol
Eau distillée (40 mL)
1,6 g de sel
fiole jaugée de 50 mL
Compléter avec de l’eau
distillée jusqu’au trait de jauge
4- Etude chromatographique
Colorant
Code
Nom chimique Couleur
Jaune
Vert
Rouge
E102
E102
E131
E122
Tartrazine
Tartrazine
Bleu patenté V
Azorubine
Jaune
Jaune
Bleu
Rouge
Nb d’espèces
chimiques
1
2
1
Sur un papier-filtre (plaque chromatographique) on trace un trait au crayon de
papier à environ 1 cm du bord. Les différents colorants sont placés sur ce papier
sous forme de petites tâches grâce à une pipette pasteur.
L’éluant est alors placé dans un bécher (environ 1 cm) puis la plaque
chromatographique est intégrée doucement dans le bécher.
Attention les taches de la plaque doivent êtres disposées au-dessus du solvant
(sinon les produits vont se dissoudre dans l’éluant).
J = jaune
R = rouge
V = vert
M = mélange
bécher
Papier filtre
J
R
V
Éluant : solution
d’éthanol et de chlorure
de sodium
M
Place des dépots
Front de solvant
Distance parcourue par
le front de solvant
Bleu
Jaune
rouge
Distance parcourue
par le colorant rouge
J
R
V
M
A noter : l’éluant migre le long de la plaque, la migration est arrêtée à environ
un 1 cm du bord (= front de solvant, à marquer au crayon de papier)
Les colorants migrent sur le filtre.
Ce tableau est noté ici à titre d’exemple
Distance parcourue par le front de solvant : 6,7 cm
Colorant
R
J
Distance (cm)
0,9
2,2
Rf
0,13
0,33
V
2,2
0,33
5,1
0,76
La distance parcourue par le colorant est la distance mesurée entre le dépôt et le
centre de la tache obtenue après migration.
Le colorant rouge est celui qui migre le moins (noter le Rf), le colorant jaune a
un Rf de --- .
Concernant le colorant vert, il est composé de deux espèces chimiques. Ceci a
été prouvé grâce à la chromatographie car après migration, on observe 2
couleurs : jaune (Rf = ---) et bleu (Rf = --).
Les Rf obtenus pour le vert et le jaune montrent que ces deux colorants
contiennent de la tartrazine (les Rf de la couleur jaune sont identiques, voire très
similaires).
On peut ainsi identifier les espèces chimiques contenues dans une couleur.
Le Rf du rouge est inférieur au Rf du jaune lui-même inférieure au Rf du bleu.
On a pu observer que le mélange est composé de jaune, de rouge et de bleu donc
de tartrazine, de bleu patenté et d’azorubine. Ce mélange peu être obtenu par
mélange de rouge et de vert ou de rouge, de jaune et de vert.
II Synthèse d’un ester odorant
1- Toxicologie
Acide acétique :
Corrosif (R10, R35, S23, S26, S45)
Provoque de graves brûlures
Ne pas respirer les vapeurs
Inflammable
En cas de contact avec les yeux, laver immédiatement et abondamment avec de
l’eau et consulter un médecin
En cas d’accident ou de malaise consulter un médecin
Acide chlorhydrique : corrosif (Cf TP précédent)
Alcool isoamylique : nocif et facilement inflammable.
2- Manipulation
Dans un bécher, placer 10 mL d’alcool isoamylique (prélevé par une pipette
jaugée ou une éprouvette graduée) et 15 mL d’acide acétique (prélevées de la
même manière).
10 gouttes d’acide chlorhydriques sont ajoutées grâce à une pipette pasteur dans
l’erlen.
Placé le bécher dans un bain-marie préalablement préparé (grâce à un
cristallisoir contenant de l’eau chauffée sur une plaque chauffante) pendant 1015 minutes.
10 mL alcool isoamylique
+
15 mL acide acétique
10 gouttes d’acide
chlorydrique
Eau à 150 °C
Plaque
chauffante
NB : L’acide chlorhydrique permet de catalyser la réaction et agit ainsi sur la
vitesse de réaction. Le faite de chauffer la réaction permet aussi d’accélérer la
réaction.
Après le temps de réaction, on observe que le liquide est translucide et a une
odeur de banane.
Au produit de la réaction contenue dans l’erlen, on ajoute une solution de
chlorure de sodium (50 mL mesuré dans un bécher + une cuillère de sel).
Comme on ne demande pas une concentration précise, on n’est pas obligé
d’effectuer des mesures précises de volume, d’où l’utilisation du bécher et non
d’une fiole jaugée ou d’une éprouvette graduée.
Ce mélange est introduit dans une ampoule à décanter.
L’ampoule est bouchée puis, on mélange le produit de la réaction avec l’eau
salée. Ne pas oublier d’effectuer un dégazage (toujours orienter l’ouverture de
l’ampoule lors du dégazage face à la paillasse).
Après quelques minutes, on observe deux phases. Une phase organique (en haut
de l’ampoule) et une phase aqueuse (en dessous)
Ampoule à décanter
Phase organique
Phase aqueuse
En faisant couler le liquide au bas de l’ampoule, on peut séparer les deux phases
(attention penser à retirer le bouchon de l’ampoule).
Ainsi on obtient entre 13 et 15 mL de phase organique.
Alcool isoamylique + acide acétique
C5H11-OH + CH3COOH
acétate d’isoamyle (ester) + eau
C7H14O2 + H2O
Idéalement pour augmenter le rendement de la réaction il faut retirer l’eau au fur
et à mesure car la réaction est équilibrée.
TP 3 : EXTRACTION DE MOLECULES VOLATILES PAR
HYDRODISTILLATION
Objectifs :
•
•
Mettre en œuvre une technique d’extraction.
Reconnaître et nommer la verrerie de laboratoire employée.
Vocabulaire et technique expérimentale à connaître:
Hydrodistillation
La distillation consiste à séparer par évaporation les solides et les différents constituants volatils d'un mélange.
On chauffe un mélange d'eau et de végétaux odoriférants. La vapeur d'eau entraîne les éléments odorants dans la
colonne de distillation avant d'être refroidie dans un serpentin (la vapeur se condense) puis recueillie dans un
vase florentin ou un essencier (vase de décantation pour les huiles essentielles). Par décantation (séparation par
différence de densité), l'eau se sépare des éléments odorants, qui sont alors récoltés et nommés huiles
essentielles (on trouve également le nom "essences" mais il n’est pas rigoureux).
L'hydrodistillation est l'un des procédés d'extraction les plus anciens. Cette opération s'accomplit dans un
alambic. Les matières premières à distiller peuvent nécessiter une « préparation physique » : hachage, rabotage
en sciure, trempage avec fermentation...
La distillation donne une huile essentielle brute qui peut être affinée par rectification. Cette opération consiste à
distiller une essence pour la raffiner. Le vide permet d'obtenir une ébullition à basse température : on peut ainsi
récupérer, seules, les parties des molécules désirées. Par le même type de procédé, le fractionnement permet
d'isoler certains éléments nobles des huiles essentielles brutes.
On peut également repasser la phase aqueuse dans la cuve de distillation pour concentrer les huiles dissoutes, par
le même procédé que l'huile essentielle. C'est la cohobation et on obtient une eau florale concentrée.
Les différents produits obtenus à partir du traitement des matières premières par hydrodistillation sont :
¤ l’huile essentielle (ou essence), qui est un mélange de produits aromatiques et volatils extraits des végétaux
par distillation ou par expression.
¤ l’eau florale ou hydrolat (par exemple eau de rose, eau de fleur d’oranger…), qui est la phase aqueuse
séparée de l’huile essentielle après hydrodistillation.
¤ l’absolu, obtenue par extraction au solvant de la phase aqueuse recueillie après hydrodistillation.
On appelle distillat le mélange d’eau et d’huile essentielle obtenu.
Une variante de cette technique consiste à apporter de la vapeur d'eau de l'extérieur et non pas à chauffer le
ballon contenant les composés à récupérer. On parle alors d'entraînement à la vapeur. La vapeur d’eau est alors
injectée dans le milieu. Ce dernier est chauffé par la vapeur puis distillé avec elle, on dit qu’il est entraîné à la
vapeur.
Extraction liquide-liquide :
Elle consiste à faire passer, par solubilisation, un composé d’un solvant dans un autre.
Les deux solvants doivent être non miscibles et le composé à extraire doit être beaucoup plus soluble dans le
solvant extracteur que dans l’autre solvant. On améliore sensiblement l’extraction en la réalisant en plusieurs
fractions successives.
Solvant
Relargage :
Cette technique consiste à rendre encore moins soluble une espèce chimique dans un solvant donné, en y
ajoutant une autre espèce au contraire très soluble.
Exemple : les huiles essentielles sont très peu soluble dans l’eau; elles le sont encore moins dans l’eau salée. Une
extraction liquide-liquide est souvent précédée d’un relargage.
7. EXTRACTION DE L’HUILE ESSENTIELLE DE RESINE DE PROTIUM (ENCENS)
Protocole expérimental
1.
Hydrodistillation
Le montage à réaliser serait le suivant :
Cependant, au vu de la verrerie disponible dans la salle de TP, la colonne à distiller sera directement assemblée
au dessus du ballon. La vapeur condensée retombera donc dans le ballon : on récupèrera dans le ballon un
mélange d’eau, d’huile essentielle et de matière végétale.
• Broyer 10 g de résine d’encens dans un mortier à l’aide d’un pilon
• Introduire la poudre de résine d’encens (10 g environ) dans le ballon avec 250 mL d’eau distillée.
• Placer le ballon dans le chauffe-ballon posé sur un élévateur.
• Assembler la colonne de distillation (réfrigérant) au-dessus du ballon
• Faire circuler l’eau dans le réfrigérant et porter lentement le contenu du ballon à ébullition.
Attention ! en l’absence d’utilisation de pierre ponce pour homogénéiser l’ébullition et d’agitation à
l’aide d’un barreau aimanté, une surveillance permanente de l’ébullition est requise !
• Noter dans le compte-rendu tous les évènements se produisant (début de l’ébullition, évolution de la
distillation, condensation de la vapeur…)
• A la fin de la distillation (1 heure), arrêter le chauffage, laisser refroidir le mélange
• Filtrer à l’aide d’un entonnoir et de coton ou de papier filtre le mélange présent dans le ballon, le
recueillir dans un erlenmeyer
2.
Extraction liquide –liquide
•
•
•
Ajouter une spatule de chlorure de sodium au distillat.
Agiter jusqu’à dissolution complète.
Verser le distillat dans une ampoule à décanter.
•
•
•
•
Boucher et agiter. Très régulièrement, surtout au début, retourner l’ampoule et ouvrir le robinet afin de
dégazer.
Continuer ainsi tant que l’on entend du gaz sortir.
Repérer la phase organique puis la recueillir dans un erlenmeyer.
Récupérer la phase aqueuse dans un second erlenmeyer
3.
Obtention de l’absolue d’eau aromatique :
•
Verser dans l’erlenmeyer contenant la phase aqueuse 15 mL de solvant (voir le solvant disponible sous
la hotte).
Verser le mélange dans une ampoule à décanter.
Boucher et agiter. Très régulièrement, surtout au début, retourner l’ampoule et ouvrir le robinet afin de
dégazer.
Continuer ainsi tant que l’on entend du gaz sortir.
Repérer la phase organique puis la recueillir dans un erlenmeyer
Effectuer une deuxième extraction en rajoutant dans l’ampoule 15 mL de solvant.
Recueillir la phase organique dans le même erlenmeyer.
Eventuellement (suivant le déroulement du TP) évaporer le solvant dans un ballon à l’évaporateur
rotatif : on obtient l’absolue d’eau aromatique
•
•
•
•
•
•
•
Questions:
1.
2.
3.
Faire un schéma légendé de l’expérience. Légender également le schéma théorique donné sur cet
énoncé.
Pourquoi faut-il toujours placer le chauffe-ballon sur un support élévateur ?
Pourquoi ajoute-t-on du chlorure de sodium au distillat ?
CORRECTION TP3 : EXTRACTION DE MOLECULES VOLATILES PAR
HYDRODISTILLATION
Hydrodistillation et entrainement à la vapeur
La distillation est la principale méthode de séparation des constituants d’un mélange liquide.
L’opération consiste à vaporiser le mélange puis, après une succession de condensations et de
vaporisations, à éliminer la vapeur finale par une ultime condensation au fur et à mesure de sa
formation. Les principes des techniques de distillation font appel aux lois qui régissent l’équilibre
liquide-vapeur des corps purs et des mélanges. Les applications usuelles de la distillation sont les
suivantes :
- élimination d’un produit en cours de réaction chimique
- isolement de plusieurs composés obtenus après réaction chimique
- élimination d’un solvant
- isolement d’un composé naturel
- purification d’un composé
Une hydrodistillation est la distillation d’un mélange hétérogène d’eau et d’un liquide organique.
Une hydrodistillation a pour objectif de récupérer un composé organique ou d’éliminer l’eau
présente dans un composé organique.
Une variante de cette technique consiste à apporter de la
vapeur d'eau de l'extérieur et non pas à chauffer le ballon
contenant les composés à récupérer. On parle alors
d'entraînement à la vapeur. La vapeur d’eau est alors
injectée dans le milieu. Ce dernier est chauffé par la
vapeur puis distillé avec elle, on dit qu’il est entraîné à la
vapeur.
L’hydrodistillation ou l’entraînement à la vapeur peuvent, dans certains cas, remplacer
avantageusement des extractions (lorsqu’il y a formation d’émulsions, manque de séléctivité des
solvants, risque de contamination par le solvant…) ou des distillations classiques (abaissement de
la température d’ébullition du composé organique). Les principales applications sont les suivantes :
isolement des huiles essentielles de plantes, pour une utilisation en parfumerie, pharmacie,
ou dans l’industrie alimentaire
isolement ou élimination d’un composé organique situé dans un milieu très hétérogène,
difficile à distiller directement ou à extraire avec un solvant
distillation d’un composé cristallisé assez volatil.
Le choix entre les deux techniques dépend de l’équipement du laboratoire, de la quantité et de la
nature du mélange à distiller. L’hydrodistillation est simple à mettre en œuvre et convient très bien
lorsque l’entraînement du composé organique nécessite une faible quantité d’eau. Les avantages
de l’entraînement à la vapeur sont les suivants :
le barbotage de la vapeur conduit à une bonne agitation du mélange sans ajout d’autres
systèmes d’agitation
si la quantité d’eau à distiller est plus importante, l’opération est plus rapide et le volume
de distillat moins important
cette opération est plus douce dans le cas de matières premières végétales plutôt fragiles
(fleurs par exemple)
Chimie des parfums
Les techniques pouvant être utilisées pour transformer des matières premières végétales (ou
animales) en produits parfumés sont illustrées dans le schéma ci-dessous. D’autres techniques,
comme l’extraction au CO2 supercritique, peuvent également être employées. Autrefois des
méthodes d’enfleurage étaient également utilisées, pour des fleurs comme le jasmin. Elles ont
maintenant été remplacées par l’extraction au solvant organique.
B ig a r a d ie r ( o r a n g e r a m e r )
F le u r s
d is t il la t io n
e x t r a c t io n
E a u d e f le u r
d ’o ra n g e r
H .E d e
n é r o li
F r u its
F e u ille s e t b r in d ille s
d is til la t io n
C o n c rè te d e
f le u r d ’ o r a n g e r
e x t r a c t io n
e x t r a c t io n
A b s o lu e d ’ e a u
d e fle u r d ’o r a n g e r
A b so lu e d e
f le u r d ’ o r a n g e r
e x t r a c t io n
Eau de
B ro u ts
e x p r e s s io n
H .E .
d ’o r a n g e a m è re
e x t r a c t io n
H .E d e
p e t it g r a in
A b s o lu e d ’ e a u
d e B r o u ts
C o n c rè te d e
p e tit g r a in
b ig a r a d e
e x t r a c tio n
A b s o lu e d e
p e titg r ain
Mode opératoire
1. Hydrodistillation à l’aide d’un extracteur de Soxhlet (sous la hotte)
Sous la hotte, une hydrodistillation à l’aide d’un extracteur de Soxhlet (ou plus simplement
Soxhlet) est menée sur 10 g de résine d’encens.
Dans le bassin amazonien, et en particulier en Guyane Française, le terme « encens » s’applique à
des espèces de la famille de Burseracées relevant en particulier du genre Protium. Cette famille est
constituée d’environ 600 espèces regroupées en une vingtaine de genre, dont une quarantaine
d’espèces réparties en 6 genres en Guyane.
Pour information : liste des espèces du genre Protium sur le site de l’Herbier de Guyane (http://www.cayenne.ird.fr/aublet2/Referentiel.html) au
14/02/07
Protium altsonii
Protium apiculatum
Protium aracouchini
Protium araguense
Protium crassipetalum
Protium crenatum
Protium cuneatum
Protium decandrum
Protium demerarense
Protium divaricatum (Protium divaricatum var. fumarium)
Protium fimbriatum
Protium gallicum
Protium giganteum (Protium giganteum var. crassifolium)
Protium grandifolium
Protium guianense (Protium guianense subsp. guianense)
Protium heptaphyllum (Protium heptaphyllum subsp. heptaphyllum)
Protium inodorum
Protium morii
Protium occultum
Protium opacum (Protium opacum subsp. rabelianum)
Protium pallidum
Protium paniculatum
Protium pilosum
Protium plagiocarpum
Protium poeppigianum
Protium polybotryum (Protium polybotryum subsp. polybotryum)
Protium robustum
Protium sagotianum
Protium spruceanum
Protium strumosum
Protium subserratum (Protium subserratum ssp. Subserratum)
Protium tenuifolium
Protium trifoliolatum
Protium ulmifolium
Protium unifoliolatum
Les arbres et les arbustes de la famille des Burseracées, plutôt présents en forêt dense et humide,
sont caractérisés par de nombreux canaux de sécrétion et cavités produisant des oléorésines et des
gommes résineuses. Ces sécrétions résineuses donnent au bois une odeur particulière.
Au vu de la verrerie disponible en salle de TP, cette
hydrodistillation
n’est
pas
réalisée
avec
un
hydrodistillateur
ou
un
montage
classique
d’hydrodistillation, mais à l’aide d’un extracteur de
Soxhlet. La vapeur d’eau chargée d’huile s’élève par la
tubulure représentée à droite sur le schéma, se condense
dans le réfrigérant et retombe sous forme d’eau liquide et
d’huile essentielle dans la chambre d’extraction. L’eau
étant plus lourde que l’huile, elle s’écoule par le bras du
siphon pour retomber dans le ballon. L’huile et une partie
de l’eau restent dans la chambre d’extraction.
Cependant, il a été constaté qu’une partie de la vapeur
d’eau ne passe pas dans la tubulure mais se condense
directement au contact de la chambre d’extraction, ce qui
fait qu’une partie de l’huile essentielle retombe également
dans le ballon.
Il est important de noter qu’un tel montage ne peut être utilisé pour obtenir une huile essentielle
de bonne qualité. L’huile essentielle est un mélange de composés volatils, donc sensibles à la
température, qui sont dégradés en cas de contact prolongé avec un milieu de température trop
élevée. L’huile essentielle obtenue ici présente donc des caractéristiques chimiques (et donc
olfactives) différentes de celles d’une huile obtenue par une hydrodistillation « dans les règles ».
2. Hydrodistillation de feuilles de Bois d’Inde (Pimenta racemosa)
-
Quelques feuilles (10 g environ pesés à la balance) sont découpées en petits morceaux et
triturées dans un mortier à l’aide d’un pilon
Ces feuilles sont introduites dans un ballon de 500 ml ainsi que 250 ml d’eau mesurés à
l’aide d’une éprouvette graduée de 250ml
Le montage de chauffage à reflux est monté sur la paillasse (voir schéma). Le montage
classique d’hydrodistillation n’a pu être réalisé faute d’allonges coudées disponibles en salle
de TP.
Attention ! lors de la réalisation d’un montage de chimie organique utilisant de la
verrerie rodée, toujours graisser les rodages avec une petite quantité de graisse (elle ne
doit pas se retrouver dans le milieu réactionnel !)
Schéma du montage théorique (hydrodistillation):
Schéma du montage réalisé (chauffage à reflux):
1 : réfrigérant
2 : ballon 500 ml
3 : chauffe-ballon
4 : sortie d’eau
5 : entrée d’eau
6 : mélange réactionnel (10 g de feuilles de bois
d’Inde + 250 ml d’eau)
7 : élévateur
Le chauffe-ballon doit être allumé au maximum jusqu’à ce que le milieu réactionnel entre en
ébullition, puis sa température réglée afin d’assurer une ébullition douce du mélange (normalement
on devrait ajouter de la pièce ponce au mélange pour assurer une ébullition régulière, ou agiter le
mélange à l’aide d’un barreau aimanté si le chauffe-ballon disposait d’une agitation magnétique).
L’évolution de la distillation est suivie pendant une heure : on voit la condensation (c'est-à-dire les
différents équilibres liquide/vapeur qui s’établissent, voir description de la technique au début du
corrigé) « avancer », depuis les parois du ballon jusqu’au réfrigérant. La distillation est conduite
pendant une heure à partir du début du reflux, c'est-à-dire lorsque la première goutte de liquide
retombe dans le ballon. Dans le cas d’un montage d’hydrodistillation classique, la distillation serait
mesurée à partir de la première goutte de liquide tombant dans l’éprouvette graduée.
A la fin de la distillation, le chauffage est coupé et le chauffe-ballon abaissé afin de favoriser un
meilleur refroidissement du mélange.
Au mélange revenu à température ambiante sont ajoutées quelques
spatules de sel (3-4), et celui-ci est introduit dans une ampoule à
décanter de 500 ml (pour le descriptif des différentes opérations à
effectuer dans une ampoule à décanter, voir polycopié distribué avec
l’énoncé du TP).
Dans le cas d’une distillation de 10 g de feuilles, il est difficile de séparer
avec précision l’huile obtenue de la phase aqueuse. Un petit volume de
phase aqueuse est donc recueilli avec l’huile dans une éprouvette
graduée de 10 ml, et le volume d’huile est évalué à moins de 0.5 ml.
Dans le cas de la manipulation effectuée en salle de TP, il n’est donc pas possible de peser la
quantité d’huile obtenue pour calculer le rendement de la réaction.
Questions:
4.
Pourquoi faut-il toujours placer le chauffe-ballon sur un support élévateur ?
Afin de pouvoir abaisser très rapidement le chauffe-ballon pour arrêter tout chauffage en cas d’emballement de
la réaction.
5.
Pourquoi ajoute-t-on du chlorure de sodium au distillat ?
Afin d’améliorer la séparation de la phase aqueuse et de la phase organique (voir paragraphe « relargage » dans
le polycopié distribué avec l’énoncé du TP).
3. Obtention de l’absolue d’eau aromatique
Le solvant disponible pour cette extraction est l’éther (oxyde de diéthyle).
NB : comparer ses caractéristiques aux critères décrits dans le polycopié pour le choix d’un solvant
d’extraction
8.
9.
INTERROGATION TP2
1. Parmi ces mots-clefs, trouver les intrus dans " la méthode par entraînement à la vapeur " :
Vapeur
Enfleurage
Eau
Alambic
Solvants
2. La frambinone, la décalactone et la vanilline sont des espèces chimiques responsables des
arômes framboise, pêche et vanille. Dans le tableau ci-dessous sont indiqués les prix de 100
grammes de ces espèces chimiques dans le cas d’une origine naturelle et dans le cas d’une
origine synthétique.
Origine naturelle
Origine synthétique
Frambinone
53357,16 €
54,88 €
Décalactone
914,69 €
121,96 €
Vanilline
3811,23 €
15,24 €
a) Proposer une explication probable des différences de prix suivant l’origine de chaque espèce
chimique.
b) En déduire l’origine de l’approvisionnement en espèces chimiques massivement utilisées dans
l’industrie agro-alimentaire.
3. Comprendre un montage de chimie organique :
Légender le schéma suivant :
A:
B:
C:
D:
E:
Indiquer par une flèche l'arrivée d'eau, par une autre flèche la sortie de l'eau.
Pourquoi le support élévateur est-il indispensable ? Choisir parmi les propositions suivantes :
1- Pour ne pas mettre directement le chauffe ballon avec la paillasse.
2-Pour pouvoir retirer le chauffe ballon dès que nécessaire.
3- Pour avoir le mélange réactionnel au niveau des yeux.
CORRECTION INTERROGATION TP2
1. Parmi ces mots-clefs, trouver les intrus dans " la méthode par entraînement à la vapeur " :
Vapeur
Enfleurage
Eau
Alambic
Solvants
2. La frambinone, la décalactone et la vanilline sont des espèces chimiques responsables des
arômes framboise, pêche et vanille. Dans le tableau ci-dessous sont indiqués les prix de 100
grammes de ces espèces chimiques dans le cas d’une origine naturelle et dans le cas d’une
origine synthétique.
Origine naturelle
Origine synthétique
Frambinone
53357,16 €
54,88 €
Décalactone
914,69 €
121,96 €
Vanilline
3811,23 €
15,24 €
a) Proposer une explication probable des différences de prix suivant l’origine de chaque espèce
chimique.
La préparation industrielle est plus facile que l’extraction à partir des espèces naturelles. Le
ramassage des substances qui renferment les espèces chimiques naturelles demande beaucoup de
main d’œuvres.
b) En déduire l’origine de l’approvisionnement en espèces chimiques massivement utilisées dans
l’industrie agro-alimentaire.
L’approvisionnement se fait à partir de l’industrie car la production à partir des substances qui
renferment les espèces chimiques naturelles ne couvre pas les besoins.
3. Comprendre un montage de chimie organique :
Légender le schéma suivant :
Indiquer par une flèche l'arrivée d'eau, par une autre flèche la
sortie de l'eau.
A : réfrigérant / B : ballon / C : mélange réactionnel / D :
chauffe-ballon / E : support élévateur
Pourquoi le support élévateur est-il indispensable ?
2-Pour pouvoir retirer le chauffe ballon dès que nécessaire.
TP 4 PHYTOCHIMIE
La phytothérapie est le traitement (médecine parallèle ou traditionnelle) par les plantes, c'està-dire par la consommation ou l'utilisation en voie externe, de produits préparés à partir de
plantes, sans passer par une étape de sélection des molécules ; on ne consomme donc pas que
le principe actif, mais tout ce que contient la plante. Remarque : à ne pas confondre avec la
phytopharmacie qui désigne l'ensemble des substances utilisées pour traiter les plantes :
pesticides, fongicides, herbicides, insecticides...
Une plante médicinale est une plante dont un des organes, par exemple la feuille ou l'écorce
possède des vertus curatives, et parfois toxiques selon son dosage
La pharmacognosie (du grec pharmakon drogue, venin, poison et gnosis connaissance) est la
science appliquée traitant des matières premières et des substances à potentialité
médicamenteuse d’origine biologique. Ces substances d’origine biologiques sont issues de
végétaux, d'animaux ou encore de fermentation à partir de micro-organismes. Une drogue est
la partie ou l’organe desséché d’une plante, d’un animal ou d’un champignon.
La Phytochimie, ou chimie des substances naturelles, est la science qui étudie la structure,
le métabolisme et la fonction ainsi que les méthodes d'analyse, de purification et d'extraction
des substances naturelles issues des plantes.
NB: Les végétaux sont des organismes autotrophes qui peuvent synthétiser un grand nombre
de molécules organiques complexes qui n'interviennent pas dans les grandes voies du
métabolisme de base, c’est-à-dire le métabolisme énergétique et le métabolisme de carboné.
Ces molécules sont toutefois utiles aux plantes elles-mêmes et aux consommateurs des
chaînes alimentaires pour diverses raisons. Les plantes qui disposent d'énergie et de squelettes
carbonés en quantité suffisante, grâce à la photosynthèse, s'avèrent être des producteurs
polyvalents.
Propriétés médicinales des plantes
L’utilisation des plantes à des fins thérapeutiques remonte aux temps les plus reculés.
Mais ce n’est qu’à partir du XIXe siècle, que la médecine scientifique a commencé à
s’intéresser aux effets physiologiques, en termes d’efficacité thérapeutique mais aussi de
toxicité. Aujourd’hui environ 60 % des médicaments proviennent des substances naturelles
(plantes, organismes marins, micro-organismes). Les plantes, en particulier, constituent un
réservoir unique de molécules à vertus thérapeutiques. Trouver de nouvelles molécules
naturelles, ou découvrir les propriétés insoupçonnées de celles déjà connues pour soigner
l’être humain, reste un formidable enjeu.
Cependant, on ne connaît qu’environ 5 % de la flore sur les plans chimique et
biologique. Par conséquent, une des premières étapes est d’inventorier celle-ci.
Pour cela un tri-phytochimique préliminaire est effectué pour rechercher certains
métabolites secondaires.
Parmi les métabolites secondaires, les principaux recherchés sont les suivants:
* Les flavonoïdes et anthocyanes,
Ce sont des pigments quasiment universels des végétaux (jaune pour les flavonoïdes et rouge,
bleu ou violet pour les anthocyanes). Presque tous hydrosolubles, ils sont responsables de la
coloration des fleurs, des fruits et parfois des feuilles.
La principale propriété initialement reconnue de ces composés est d’être « veino-actifs »,
c’est-à-dire d’être capable de diminuer la perméabilité des capillaires sanguins et de renforcer
leur résistance.
Anthocyanes
Flavonoïdes
Flavanol
Flavon
Flavandiol
* Les caroténoïdes
Les caroténoïdes sont des pigments orange et jaunes répandus chez de très nombreux
organismes vivants. Certains d'entre eux sont largement utilisés dans l'industrie agroalimentaire pour leurs propriétés colorantes, et également dans l'industrie cosmétique ou
pharmaceutique pour leurs propriétés antioxydants et leur capacité de photo protection.
Ce sont des précurseurs, de la vitamine A par exemple.
* Les tanins
Les tanins sont des substances d'origine organique que l'on trouve dans pratiquement tous les
végétaux, et dans toutes leurs parties (écorces, racines, feuilles, etc.), caractérisées par leur
astringence (sensation de dessèchement en bouche). Par exemple, les rafles ou les pépins de
raisins sont très chargés en tanins.
Le bois des tonneaux donne aussi au vin stocké ces caractéristiques d'astringence. Elles
s'atténuent avec le temps (on dit que les tanins s'arrondissent). Le tanin se retrouve aussi dans
le cidre, le calvados et le pommeau, s'ils ont été produits dans des tonneaux en bois (chêne,
châtaignier...).
Certains tanins auraient des propriétés antioxydantes, expliquant certains effets bénéfiques du
vin sur la santé (protection cardio-vasculaire à doses modérées). Ils arrêteraient également le
développement des microbes.
tannin catéchique
* Les quinones
Les quinones sont des métabolites principalement du règne végétale, mais elles ne sont pas
exceptionnelles dans le règne animal (ex : cochenilles). Beaucoup de quinones sont antibactériennes et fongicides
Ex :La Lawsone est une quinone produite à l'état naturel par une plante originaire d'Arabie
(Lawsonia Inermis) plus connue sous le nom de Henné. Le Henné est utilisé pour teindre la
laine et la soie. Certaines femmes orientales colorent leurs cheveux au Henné. La vitamine K1
possède des propriétés anti-hémorragiques.
naphtoquinone
anthraquinone
* Les terpènes et stéroïdes
Les terpènes sont une classe d'hydrocarbures, produits par de nombreuses plantes, en
particulier les conifères. Ce sont des composants majeurs de la résine et de l'essence de
térébenthine produite à partir de résine. (dérivés du terpène, parmi lesquels le menthol, le
camphre, etc.). À noter que les corps terpéniques forment la base des stéroïdes qu'on retrouve
dans de nombreuses vitamines. « Stéroïde » fait référence aux hormones stéroïdiennes. Dans
un contexte sportif, « stéroïde » est habituellement employé pour désigner les stéroïdes
anabolisants.
TERPÈNES
* Les saponosides
Elles ont un caractère détergent. Les saponosides (saponines) donnent naissance à des
mousses généralement stables, qui présentent une activité hémolytique, agissent sur la
perméabilité des membranes, complexifient le cholestérol, ont généralement un goût amer et
sont piscicides (c’est-à-dire toxiques pour des poissons). Les saponines sont très fréquentes
dans les végétaux supérieurs, surtout dans les tissus riches en substance nutritive, comme les
racines (glycyrrhizine dans les racines de réglisse), les tubercules, les feuilles, les fleurs et les
graines. On les trouve dans les légumes, comme le soja, les petits pois, les épinards, les
tomates, les pommes de terre, l'ail et le quinoa, et ils constituent en outre des agents dans les
herbes aromatiques, le thé et le ginseng. Les saponines sont présentes en grande quantité dans
les châtaignes et dans le bois de Panama d’Amérique du Sud. Les saponines servent
probablement aux plantes comme substances défensives, en particulier contre les agressions
fongiques.
Les saponines (sapo = savon) sont aussi utilisées comme expectorants et diurétiques.
* Les alcaloïdes
Les alcaloïdes sont des molécules organiques hétérocycliques azotées d'origine naturelle
pouvant avoir une activité pharmacologique. Les alcaloïdes à effets thérapeutiques nombreux
mais qui peuvent être aussi des poisons mortels.
On trouve des alcaloïdes, en tant que métabolites secondaires, principalement chez les
végétaux, les champignons et quelques groupes animaux peu nombreux. Habituellement les
alcaloïdes sont des dérivés des acides aminés. Bien que beaucoup d'alcaloïdes soient toxiques
(comme la strychnine ou la conitine), certains sont employés dans la médecine pour, par
exemple, leurs propriétés analgésiques (comme la morphine ou la codéine) ou dans le cadre
de protocoles de sédation (anesthésie) souvent accompagnés d'hypnotiques.
nicotine
quinine
On pourrait prolonger l'énumération : d'autres métabolites spécialisés agissent contre les
allergies, l'hypertension, les maladies infectieuses et forment même la base de produits
anticonceptionnels.
TRAVAUX PRATIQUE
REALISATION DES TESTS
Les résultats seront notés sous forme de tableaux en appliquant la notation suivante :
+/-
Réaction très faible ou douteuse, à la limite de la perception
+
Réaction faible mais nette
++
Réaction très franche
+++
Réaction intense
PREPARATION DES EXTRAITS
- Sur 2 g de poudre placés dans une bécher de 100 mL, on verse 40 mL d’eau distillée
bouillante. On laisse infuser 1 H et l’on filtre sur un tampon de coton.
- Dans un erlenmeyer de 50 mL bouché, on laisse macérer pendant 2H, 2 g de poudre dans 20
mL d’éther éthylique. Solution utilisée pour les tests saponines : solution utilisée pour la
recherche de quinones et de stérols.
RECHERCHE DE DIVERS ESPECES CHIMIQUES
Les substances chimiques recherchées sont les suivantes
Recherche d’alcaloïdes,
Test de Valser-Mayer
Le test est basé sur le fait que les alcaloïdes sous forme de sels forment un précipité insoluble
dans l’eau avec le réactif de Valser-Mayer
Vous devez avant de lancer vos manipulations préparer les solvants suivants :
Ammoniaque à 5% (dans l’eau distillée) : 50 mL
Acide chlorhydrique à 3 % (dans l’eau distillée) : 50 mL
Éthanol à 95 % (dans l’eau distillée) 5 mL
Autre solvant utilisé : dichlorométhane
5 g de plante séchée est placé en Erlen de 100 mL,
Cette poudre est alcalinisée par de l’ammoniaque à 5 % dans l’eau. La quantité
d’ammoniaque versée sur la plante doit permettre de former un crottin humide.
On additionne ensuite 20 mL de CH2Cl2.
On chauffe l’erlen au bain-marie jusqu’à ébullition
Filtrer sur coton dans un tube large (tube de 15 mL).
Ajouter 2 pierres ponces
Chauffer au bain–marie à ébullition jusqu'à disparition du liquide.
Reprendre dans de l’eau chlorhydrique à 3 %, agiter en grattant à chaud avec une spatule.
Filtrer sur un petit papier-filtre dans un tube à hémolyse.
Effectuer deux fois cette opération
Vous obtenez deux solutions dans 2 tubes à hémolyse
Dans le premier, au mL récolté, on ajoute 2 gouttes de réactif de Mayer. Le deuxième tube
servant de témoin.
L’apparition d’un léger trouble, ou d’un précipité lourd signale la présence plus ou moins
abondante d’alcaloïdes.
Ce précipité doit se dissoudre dans 5 mL d’alcool à 95 %
Test de Dragendorff
1 g de poudre est trituré au mortier avec 10 mL d’acide chlorhydrique à 5 % en une
pincée de sable pur. Le tout est ensuite filtré sur filtre plissé.
S’il est nécessaire, on recommence plusieurs fois la filtration jusqu’à ce que l’on obtienne un
liquide limpide.
La macération chlorhydrique est répartie dans 4 tubes à hémolyse. Dans le premier, on
verse du réactif de Mayer, dans le second et le troisième du réactif de Dragendorff le
quatrième sert de témoin pour les cas douteux.
Les réactifs de Mayer et de Dragendorff donnent des précipités avec les alcaloïdes,
mais la réaction n’est pas spécifique. Divers albuminoïdes précipitent également. Pour
distinguer ces deux catégories de substances, on complète le contenu des tubes à hémolyse
avec de l’alcool (éthanol) à 95 %. Si le précipité ne se dissout pas, il est dû a des
albuminoïdes. Si le liquide redevient limpide, on se trouve en présence d’alcaloïdes ou
d’ammoniums quaternaires.
Recherche de saponosides
La solution aqueuse sera utilisée pour ce test (2 g de poudre placés dans une bécher de
100 mL, on verse 40 mL d’eau distillée bouillante. On laisse infuser 1 H et, on filtre sur un
tampon de coton).
1 mL de l’infusion sont placés dans un tube à essai de 150 mm de haut.
On note la hauteur de mousse en centimètre, d’une part immédiatement après une vigoureuse
agitation, d’autre part après 10 minutes de repos. La seconde lecture donne une indication de
l’abondance des saponosides. Si ce second chiffre est nul ou faible, alors que le 1er est
important, on se trouve en présence de substance moussante appartenant à des structures
chimiques différentes
Recherche de quinones
1,5 mL de la macération éthérée sont versés dans 3 tubes à hémolyse et additionnés de
quelques gouttes de solution de soude à 4%.
Après agitation, l’apparition d’une teinte rouge à violette indique la présence possible de
quinone.
Ce résultat est confirmé par la réaction de Brissemert et Combes : on verse 1 mL de la
macération éthérée dans un tube à hémolyse, on y ajoute quelques goutte-à-goutte d’une
solution d’acétate de nickel (solution à 5 % déjà préparé).
Si des quinones se trouvent dans la solution, il se forme les colorations suivantes :
Bleue avec les benzoquinones
Violette avec les naphtoquinones
Rouges avec les anthraquinones.
Recherche de stéroïdes ou de dérivés terpéniques
Les stérols sont mis en évidence par la réaction de Liebermann-Burchard sur l’extrait
éthéré préparé précédemment.
Faire évaporer 1 mL de l’extrait dans deux verres à montre. L’un d’eux est repris par deux
gouttes d’anhydride acétique puis on verse une goutte d’acide sulfurique concentré dans les
deux verres de montre.
Si une couleur mauve virant au bout d’un certain temps au vert apparaît uniquement sur
l’extrait traité à l’anhydride acétique, on se trouve en présence de stérol.
Si l’extrait traité par SO4H2 seul prend diverses colorations, on les note car elles décèlent la
présence d’autres composés : avec les dérivés terpéniques sa teinte vire au rouge, avec les
caroténoïdes, elle vire au bleu.
INTERROGATION BILAN TRAVAUX PRATIQUES CHIMIE
EXPERIMENTALE
1)
Identifier les pictogrammes ci-dessous :
……………………….
………………………..
2)
……………………….
……………………….
Verrerie
a) Donner un nom à chaque élément de verrerie ci-dessous :
……………………………
……………………….
……………………….
………………………..
……………………………
………………………..
……………………….
……………………….
……………………………
b) Décrire la façon dont s’effectue la lecture du volume lors de l’utilisation de verrerie
jaugée
c) Intérêt d’une fiole jaugée ?
d) Quel est le nom de ces montages :
……………………………………………………..
……………………………………………………………..
e) Précaution à prendre lors de la mise en place d’un montage de chimie organique ?
3)
Chromatographie :
a) Donnez une définition du mot « chromatographie », en utilisant les termes suivants :
mélange, séparation, technique, constituants.
b) On réalise une chromatographie sur couche mince de l'huile essentielle extraite des
clous de girofle. On dépose sur la plaque, en solution dans le dichlorométhane :
- l'huile essentielle préparée à partir des clous de girofle(H)
- de l'eugénol (E)
- de l'acétate d'eugényle (A)
- de l'huile essentielle préparée lors d'une autre manipulation, à partir de feuilles de
giroflier (F)
L'éluant est un mélange de toluène et d'éthanol.
Quelles sont les affirmations exactes ?
l'huile essentielle de clous de girofle contient de l'acétate d'eugényle
L'huile essentielle extraite des feuilles de giroflier contient de l'actétate
d'eugényle.
La phase fixe est composée de toluène et d'éthanol.
L'eugénol se lie plus fortement avec la phase fixe que l'acétate d'eugényle
c) Définir le rapport frontal (Rf)
d) Décrire le dépôt de la substance sur la plaque et le déroulement de la chromatographie
à l’aide du schéma suivant (à annoter)
4)
Extraction liquide / liquide:
a) Propriétés du solvant d’extraction ?
b) Volume de l’ampoule à décanter en fonction du volume de liquide ? Pourquoi ?
c) Volume de solvant par rapport au volume de solution aqueuse à extraire ?
d) Définition et intérêt du relargage ?
e) Extraction de l'huile essentielle d'eucalyptus
L'eucalyptus est un arbre dont les feuilles contiennent une huile essentielle odorante dont le
principal constituant est l'eucalyptol. Des feuilles d'eucalyptus hachées sont placées dans 60
mL d'eau froide puis on porte cette mixture à ébullition. Après refroidissement et filtration, on
obtient une solution aqueuse contenant l'eucalyptol. Trois solvants sont disponibles pour
réaliser une extraction de l'eucalyptol : toluène, cyclohexane ou éthanol.
Solvant
Toluène
Cyclohexane
Ethanol
Miscibilité avec l'eau
Non miscible Non miscible
Miscible
Solubilité de l'eucalyptol
Peu soluble Très soluble
Très soluble
Densité par rapport à l'eau 0,87
0,78
0,81
En utilisant les données du tableau, indiquer le solvant qu'il faut choisir pour effectuer
l'extraction de l'eucalyptol.
Expliquer la réponse.
5)
Chimique / synthétique / naturel:
a) Donner une définition du mot « synthèse » en utilisant les mots : « réactifs »,
« produits », « transformation chimique ».
b) Le sel est-il un produit chimique / synthétique / naturel ?
c) NaCl est-il un produit chimique / synthétique / naturel ?
d) Conclusion quant à la différence entre chimique / synthétique / naturel
e) Par quelles méthodes est possible d’obtenir de l’acétate de linalyle (molécule à odeur
de lavande) ?
Méthode 1 :
Méthode 2 :
Avantages et inconvénients de chacune des méthodes ?
6) Sur une bouteille de thé glacé du commerce, on peut lire les indications suivantes :
Ingrédients : eau ; sucre ; acide citrique ; jus de pêche ; extrait de thé. La boisson présente telle un caractère acide ou basique ? Comment vérifier la réponse ?
7) Définitions:
¤ solvant :
¤ concentration massique :
¤ concentration molaire :
¤ masse volumique :
¤ pH :
¤ propriétés des saponosides ?
CORRECTION INTERROGATION BILAN TRAVAUX
PRATIQUES CHIMIE EXPERIMENTALE
1)
Identifier les pictogrammes ci-dessous :
TOXIQUE
2)
CORROSIF
DANGEREUX POUR
L’ENVIRONNEMENT
INFLAMMABLE
Verrerie
a) Donner un nom à chaque élément de verrerie ci-dessous :
ERLENMEYER
FIOLE
AMPOULE A DECANTER
REFRIGERANTS
DROIT
JAUGEE
PIPETTE GRADUEE
BURETTE GRADUEE
BECHER
ENTONNOIR
A BOULES
b) Décrire la façon dont s’effectue la lecture du volume lors de l’utilisation de verrerie
jaugée
‐
Pipette jaugée :
¤ On ne plonge jamais la pipette dans une
solution mère .
¤ On utilise un pipeteur (ou propipette ou poire
à pipeter) pour remplir la pipette. Ne jamais
aspirer avec la bouche.
¤ Verser la solution à prélever dans un bécher
¤ Rincer la pipette avec de l’eau
¤ Rincer la pipette avec la solution à prélever
¤ Faire le prélèvement (attention : lire le
volume entre les deux traits de jauge !)
Remplir la pipette au dessus du trait de jauge supérieur.
Sortir la pointe de la pipette de la solution.
Ajuster le niveau de la solution au trait supérieur.
Laisser s’écouler le prélèvement jusqu’au trait de jauge inférieur en faisant ruisseler la
solution le long de la paroi du récipient dans lequel vous versez le prélèvement.
¤ Rincer la pipette avec de l’eau.
‐
Fiole jaugée :
La fiole jaugée permet la préparation et la dilution de solutions
¤ Verser un peu d’eau au fond de la fiole jaugée (dans le cas de la
préparation d’une solution aqueuse !)
¤ Verser dans l’eau le prélèvement effectué avec la pipette, ou le
solide à mettre en solution.
¤ Agiter pour dissoudre ou homogénéiser
¤ Compléter le remplissage avec de l’eau jusqu’au trait de jauge
NB : Rappel sur la manipulation des pipettes
NE JAMAIS RENVERSER LA PIPETTE !!!!
Sinon du solvant entre dans la poire et elle devient inutilisable !
c) Intérêt d’une fiole jaugée ?
Mesure d’un volume avec une grande précision donc permet la préparation de solutions de
concentrations précises, contrairement à un erlenmeyer ou à un bécher (lecture du volume très
approximative).
d) Quel est le nom de ces montages :
CHAUFFAGE A REFLUX
HYDRODISTILLATION
Note de vocabulaire :
En latin eau = aqua, d’où « une solution aqueuse » = une solution dont le soluté est dilué
dans l’eau
En grec eau = hudor, hudatos d’où en français hydro- . Une hydrodistillation est donc une
distillation effectuée avec de l’eau.
e) Précaution à prendre lors de la mise en place d’un montage de chimie organique ?
En général :
‐ Equipements de sécurité : gants, lunettes, blouse, chaussures fermées
‐ Lecture des fiches toxicologiques pour les produits utilisés
Pour un montage avec source de chaleur :
‐ Placer le chauffe-ballon ou la plaque chauffante sur un élévateur
Pour un montage de chimie organique utilisant de la verrerie rodée :
‐ Graisser les rodages
3)
Chromatographie :
a) Donnez une définition du mot « chromatographie », en utilisant les termes suivants :
mélange, séparation, technique, constituants.
La chromatographie est une technique de séparation des constituants d’un mélange.
b) On réalise une chromatographie sur couche mince de l'huile essentielle extraite des
clous de girofle. On dépose sur la plaque, en solution dans le dichlorométhane :
- l'huile essentielle préparée à partir des clous de girofle(H)
- de l'eugénol (E)
- de l'acétate d'eugényle (A)
- de l'huile essentielle préparée lors d'une autre manipulation, à partir de feuilles de
giroflier (F)
L'éluant est un mélange de toluène et d'éthanol.
Quelles sont les affirmations exactes ?
l'huile essentielle de clous de girofle contient de l'acétate d'eugényle
L'huile essentielle extraite des feuilles de giroflier contient de l'actétate d'eugényle.
La phase fixe est composée de toluène et d'éthanol.
NB : c’est la phase mobile qui est composée de toluène et d’éthanol
La phase fixe (ou stationnaire), c’est la silice de la plaque.
L'eugénol se lie plus fortement avec la phase fixe que l'acétate d'eugényle
Comme il se lie plus fortement avec la phase fixe, il migre moins.
c) Définir le rapport frontal (Rf)
Rf = distance parcourue par un produit / distance parcourue par le solvant
C’est pour un Rf de 0.3 - 0.5 que la séparation est la meilleure.
(Voir paragraphe III.2.4.7. du polycopié sur la chromatographie d’adsorption en
couche mince ou CCM)
d) Décrire le dépôt de la substance sur la plaque et le déroulement de la chromatographie
Voir paragraphe III.2.4.1. du polycopié sur la chromatographie d’adsorption en couche
mince ou CCM, tout y est décrit.
Couvercle de la cuve (ou papier
aluminium)
Cuve à CCM (ou à défaut
un bécher)
filtre…)
Plaque CCM (silice, papier
Ligne de dépôt
Eluant (phase mobile)
4)
Extraction liquide / liquide:
Toutes les réponses à cette partie étaient données dans le polycopié sur les techniques
d’extraction
a) Propriétés du solvant d’extraction ?
Voir paragraphe II.2.3. du polycopié sur les techniques d’extraction (énoncé TP
Hydrodistillation).
Le solvant organique doit :
‐ Bien dissoudre le produit à extraire
‐ Ne pas être miscible à l’eau
‐ Pouvoir être facilement éliminé après extraction => point d’ébullition bas
‐ Avoir un point d’ébullition éloigné de celui du produit à extraire
‐ Etre inerte (= ne pas réagir) avec la substance à extraire
Rappel du principe : Admettons que l’on veuille extraire un composé présent en solution
aqueuse. Dilué dans l’eau, il est difficile d’étudier ce composé, par exemple pour pouvoir
déterminer sa structure, évaluer ses propriétés pharmacochimiques, ou physiques, etc… On
utilise donc un solvant organique pour l’extraire de la phase aqueuse, et ce solvant est ensuite
éliminé (généralement évaporé à l’évaporateur rotatif). On récupère donc à la fin de cette
opération le produit pur et non en solution.
B. Volume de l’ampoule à décanter en fonction du volume de liquide ? Pourquoi ?
L'ampoule ne doit jamais être remplie au delà des deux tiers de son volume afin de pouvoir
assurer une bonne agitation et éviter les surpressions trop importantes (en général volume
ampoule = 2 x le volume de solution à extraire)
C. Volume de solvant par rapport au volume de solution aqueuse à extraire ?
Environ 1/3 du volume de la solution à extraire.
D. Définition et intérêt du relargage ?
Avant d’extraire, on sature la solution aqueuse à extrait avec du chlorure de sodium (= NaCl =
sel). Cela améliore la séparation car la solubilité des substances organiques dans l’eau est
diminuée en présence de sels minéraux dissous.
E. Extraction de l'huile essentielle d'eucalyptus
L'eucalyptus est un arbre dont les feuilles contiennent une huile essentielle odorante dont le
principal constituant est l'eucalyptol. Des feuilles d'eucalyptus hachées sont placées dans 60
mL d'eau froide puis on porte cette mixture à ébullition. Après refroidissement et filtration, on
obtient une solution aqueuse contenant l'eucalyptol. Trois solvants sont disponibles pour
réaliser une extraction de l'eucalyptol : toluène, cyclohexane ou éthanol.
Solvant
Toluène
Cyclohexane
Ethanol
Miscibilité avec l'eau
Non miscible Non miscible
Miscible
Solubilité de l'eucalyptol
Peu soluble Très soluble
Très soluble
Densité par rapport à l'eau 0,87
0,78
0,81
En utilisant les données du tableau, indiquer le solvant qu'il faut choisir pour effectuer
l'extraction de l'eucalyptol.
Expliquer la réponse.
C’est le cyclohexane
Voir explications question a).
Le but de l’extraction est d’extraire l’eucalyptol de la solution aqueuse, donc de le faire passer
dans la phase organique, et il faut donc pour cela qu’il soit soluble dans le solvant
d’extraction !
5) Chimique / synthétique / naturel:
a) Donner une définition du mot « synthèse » en utilisant les mots : « réactifs », « produits »,
« transformation chimique ».
La synthèse est une transformation chimique permettant d’obtenir des produits à partir des
réactifs.
b) Le sel est-il un produit chimique / synthétique / naturel ?
c) NaCl est-il un produit chimique / synthétique / naturel ?
d) Conclusion quant à la différence entre chimique / synthétique / naturel
Sel (de table) = NaCl = chlorure de sodium, c’est la même chose mais exprimé de trois façon
différentes.
Le sel (ou NaCl donc) est un produit chimique, d’origine naturelle en ce qui concerne le sel de
table, mais qui peut-être également d’origine synthétique (cas du NaCl utilisé en laboratoire).
Le sel de table ou sel alimentaire ou sel de cuisine, est composé essentiellement de chlorure
de sodium. Le sel, d'origine marine, peut être extrait de la mer, de la saumure, c'est à dire
d'eau chargée en sel ou de gisements fossiles (gemme de sel). Le sel marin est récolté (cueilli)
dans des marais salants, comme à Guérande ou à Salin-de-Giraud. Le sel fossile ou sel
gemme est extrait des mines de sel, comme à Bex en Suisse, Varangéville en France, ou
Wieliczka en Pologne. Le sel de saumure est extrait par l'évaporation de l'eau. Cette
évaporation peut-être naturelle ou provoquée par l'homme qui chauffe l'eau salée.
"Toute matière est constituée d'espèces chimiques, qu'elles soient d'origine naturelle
(fabriquée par la nature) ou synthétique (fabriquée par l'homme)"
Quelques informations / exemples sur la question : Chimique / Naturel / Synthétique
e) Par quelles méthodes est possible d’obtenir de l’acétate de linalyle (molécule à odeur de
lavande) ?
Méthode 1 : Estérification : il s’agit d’une synthèse, l’acétate de linalyle obtenu est donc
synthétique.
Méthode 2 : Extraction à partir de la lavande (par hydrodistillation ou par solvant
organique) : l’acétate de linalyle obenu est alord d’origine naturelle.
Dans les deux cas l’acétate de linalyle est un produit chimique…
Notez que même dans le cas de l’utilisation de solvants organiques (donc synthétiques) pour
extraire l’acétate de linalyle de la lavande, cette molécule sera quand même d’origine
naturelle. Mais pas bio. C’est différent. L’appellation « produit biologique » est une
certification.
Avantages et inconvénients de chacune des méthodes ?
‐ Estérification : moindre coût
‐ Extraction naturelle : coût plus élevé (plantation de la lavande, récolte de la lavande,
processus d’extraction plus lourd, dans certains cas rareté de la matière première)
‐ Dans le cas de l’huile essentielle de bois de rose par exemple (arbre poussant en
Guyane, autrefois très (trop) exploité pour la parfumerie), l’huile essentielle est
composé presque à 100% d’une molécule appelée linalol. Cette huile a donc peu à peu
été remplacée par du linalol synthétique. Cependant la qualité olfactive est moindre,
car les 1 – 2% d’autres produits présents dans l’huile essentielle lui donnent plus de
complexité et de richesse.
6) Sur une bouteille de thé glacé du commerce, on peut lire les indications
suivantes :
Ingrédients : eau ; sucre ; acide citrique ; jus de pêche ; extrait de thé. La boisson présente telle un caractère acide ou basique ? Comment vérifier la réponse ?
Acide (acide citrique)
Papier pH ou pHmètre
7) Définitions: voir sur les différents énoncés distribués au cours des séances