PREPARATION DE LA MENTHONE : 16-12
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BACCALAUREAT TECHNOLOGIQUE - SESSION 2012 SCIENCES ET TECHNOLOGIES DE LABORATOIRE Spécialité : Chimie de Laboratoire et de Procédés industriels Epreuve Techniques de laboratoire Durée : 4 heures Coefficient : 7 SUJET N° 16 PREPARATION DE LA MENTHONE Le menthol (2-isopropyl-5-méthylcyclohexan-1-ol) tire son nom de l’essence de menthe. C’est un composé qui est utilisé fréquemment dans les industries agroalimentaire, pharmaceutique et cosmétique. La menthone (2-isopropyl-5-méthylcyclohexan-1-one) qui entre dans la composition de certains parfums et arômes naturels est obtenu par oxydation en milieu acide du menthol. OH O CrO3 + H I DONNEES 5 Les températures d'ébullition sont données sous une pression normale de 1,0135×10 Pa, sauf indication contraire. Menthol : Teb= 212 °C M = 156,3 g.mol-1 Tf = 43 °C Pureté (en masse) : 99% Soluble dans l’eau et dans l’acétone. Irritant pour les voies respiratoires ; à utiliser sous la hotte. M = 154,3 g.mol-1 Tf = -6 °C d = 0,89 Peu soluble dans l’eau, très soluble dans l’éther. Température d'ébullition de la menthone sous diverses pressions (mm Hg) P (mm Hg) 760 200 150 100 80 60 50 40 30 25 20 15 teb (°C) 209 160 150 140 132 127 122 116 111 104 99 94 Menthone : 10 80 Ether diéthylique (éthoxyéthane) : d = 0,71 Téb = 34 °C Point éclair – 40 °C, très inflammable à utiliser loin de toute source de chaleur. Nocif, irritant pour les yeux et les voies respiratoires. Acide sulfurique concentré : M = 98 g.mol-1 d = 1,83 pureté (en masse) : 95 % Très corrosif, à utiliser avec des gants. Trioxyde de chrome : M = 100 g.mol-1 Comburant, cancérigène. À utiliser sous la hotte ventilée, avec des gants ; jeter les eaux de lavage dans un récupérateur approprié. Acétone (propanone) : M = 58 g.mol-1 Téb = 56 °C Soluble dans l’eau très inflammable. À utiliser loin de toute source de chaleur. Sujet 16 1/5 II.MODE OPERATOIRE 1. Oxydation du menthol. • • • • Dans un ballon tricol de 100 mL muni d'un réfrigérant à reflux, d'une ampoule de coulée, d’un thermomètre et d’une agitation magnétique, introduire 5,0 g de menthol et 60 mL d'acétone. Dans un erlenmeyer de 50 mL, placer la solution oxydante (fournie) obtenue en dissolvant 3,2 g de trioxyde de chrome dans 9 mL d’eau et 3 mL d’acide sulfurique concentré. À température ambiante, sous agitation, introduire goutte à goutte la solution oxydante. La durée de l’addition est voisine de 15 min. Une fois l'addition terminée, maintenir l’agitation 15 min. 2. Isolement de la menthone. • • • • • Transférer sous agitation le mélange réactionnel dans un bécher de 500 mL contenant 300 mL d’eau. Introduire le mélange dans une ampoule à décanter de 500 mL et procéder à deux extractions successives avec chaque fois 40 mL d’éthoxyéthane (attention : dégazer souvent). Rassembler les deux phases organiques dans un erlenmeyer de 150 mL. Laver la phase organique avec 60 mL d’eau. Vérifier la qualité du lavage au papier pH. Sécher la phase organique dans un erlenmeyer à vis de 150 mL, sur sulfate de magnésium anhydre, pendant 15 min. Tarer un ballon de 250 mL ; y transférer la phase organique et procéder à une distillation simple au bain–marie. Mesurer la masse m1 de menthone brute obtenue. 3. Obtention de la menthone pure. • • • Rectifier la menthone sous pression réduite dans un ballon de 50 mL. Utiliser le tableau figurant dans les données (page 1/5) pour déterminer approximativement la température d’ébullition de la menthone sous la pression appliquée dans le montage. Noter cette pression appliquée et la température de passage de la menthone lue sur le thermomètre. Faire vérifier par l’examinateur. Mesurer la masse m2 de menthone purifiée obtenue. 4. Contrôles du produit. • • • Mesurer l’indice de réfraction : nDt à la température t. Effectuer la correction de température pour donner l’indice à 20 °C grâce à la relation : n20 = nt + 0,00045 (t - 20), t en °C. Réaliser le test à la DNPH sur la menthone et le menthol ; verser dans un tube à essai 1 mL d’une solution de DNPH puis quelques gouttes d'une solution alcoolique obtenue par dissolution du composé à tester dans l'éthanol. Observer et montrer le résultat à l’examinateur. Sujet 16 2/5 III. COMPTE RENDU Compléter la feuille de résultats donnée en page 5/5. 1. Écrire l’équation de la réaction d’oxydation du menthol, ainsi que les demi équations électroniques correspondantes ; on utilisera le couple Cr2O72−/Cr3+. 2. Calcul du rendement de la préparation. 2.1. Déterminer les quantités de matière de tous les réactifs introduits. En déduire le réactif en défaut et la masse théorique mthéo de menthone attendue. 2.2. Exprimer et calculer le rendement de la préparation en produit brut R1 et en produit purifié R2. 3. Questions sur le mode opératoire. 3.1. Justifier l’utilisation de l’acétone. 3.2. Justifier l’utilisation de l’eau glacée lors de l’addition de l’acide sulfurique concentré. 3.3. Expliquer la couleur du mélange réactionnel lors de l’addition de la solution oxydante. En fin de réaction, on voit dans le ballon un précipité vert, identifier ce produit. Préciser alors l’intérêt de verser le mélange réactionnel dans 300 mL d’eau. 3.4. Donner la composition de la phase organique et de la phase aqueuse lors des deux extractions. Justifier succinctement la nécessité de deux extractions plutôt qu’une seule avec l’éthoxyéthane. 3.5. Justifier l’utilité du lavage à l’eau dans l’ampoule à décanter. 3.6. Indiquer le rôle du sulfate de magnésium anhydre. 3.7. Justifier le rôle de la distillation simple. 3.8. Indiquer les précautions à prendre pour réaliser correctement une rectification sous pression réduite. 4. Contrôle Interpréter le test à la DNPH (équation non demandée). 5. Spectroscopie infrarouge Identifier le spectre IR du menthol et celui de la menthone (cf. spectres page 4/5, annexe à rendre avec la copie) en donnant dans chaque cas les bandes caractéristiques des vibrations de valence des groupements fonctionnels. La menthone est-elle pure ? Justifier. Sujet 16 3/5 ANNEXE A RENDRE AVEC LA COPIE NOM : Prénom : SPECTRES IR DU MENTHOL ET DE LA MENTHONE, A IDENTIFIER. Produit : Nombre d'onde, cm -1 Bandes caractéristiques : Nombre d'onde, cm -1 Produit : Bandes caractéristiques : Sujet 16 4/5 NOM : Prénom : FEUILLE DE RESULTATS Produit : menthone Tare du ballon Masse totale ballon + produit brut Masse de produit brut obtenu m1= Masse totale ballon + produit purifié Masse de produit purifié obtenu m2 = Aspect du produit purifié Rendement en produit brut R1 = Rendement en produit purifié R2 = Indice de réfraction lu sur le réfractomètre à la température t = °C. nDt = Indice de réfraction à 20 °C : nD20 = Température de distillation de la menthone : Téb= Pression réduite appliquée : p= Sujet 16 en mm de Hg ou en mbar 5/5
