Toutes les calculatrices de poche, y compris les calculatrices programmables... phanumériques, dont la surface de base ne dépasse pas 21...

XGU- A4- NR-Sujet 2
session 1990
EPREUVE FONDAMENTALE DE CHIMIE
Durée : 6 h
Coef. : 7
Toutes les calculatrices de poche, y compris les calculatrices programmables et alphanumériques, dont la surface de base ne dépasse pas 21 cm de long et 15 cm de
large, sont autorisées à condition que leur fonctionnement soit autonome et qu’il ne
soit pas fait usage d’imprimantes.
T.P. de préparation organique
Acide-2-(4-Methylbenzène Carbonyl) Benzènecarboxvlique
(Acide p-toluoyl o-benzoïque)
L’acide p-toluoyl o-benzoïque est préparé par action de l’anhydride phtalique (Anhydride benzène1, 2-dicarboxylique) sur le toluène en présence de chlorure d’aluminium.
Synthèse
* Dans un tricol équipé, comportant un dispositif d’absorption de vapeurs de chlorure
d’hydrogène, introduire 80 cm3 de toluène sec et 34 g de chlorure d’aluminium.
* Ajouter, par portions de 3 à 4 g, 17 g d’anhydride phtalique. Si la réaction n’a pas démarré
après addition d’environ 4 g d’anhydride, chauffer quelques instants pour l’amorcer. Refroidir
si la réaction devient trop vive.
* L’addition étant terminée, chauffer le mélange réactionnel à reflux pendant 3/4 d’heure.
* Refroidir vers 0°C.
* Couler (lentement au début), sous vive agitation, 100 cm3 d’eau glacée puis 30 cm3 d’acide
chlorhydrique concentré. (Remettre le piège à HC1).
Séparation et purification de l’acide
* Filtrer le produit brut sur büchner. Le laver à l’eau froide puis le remettre dans le tricol.
* Ajouter 13 g de carbonate de sodium anhydre dans 100 cm3 d’eau.
* Chauffer à reflux pendant 5 minutes. Puis filtrer à chaud sur büchner. Laver deux fois avec
10 cm3 d’eau bouillante.
* Refroidir le filtrat vers O °C. Ajouter goutte à goutte environ 30 cm3 d’une solution d’acide
chlorhydrique à 50 %. On obtient des cristaux qui ont tendance à s’agglomérer et à former un
bloc.
* Sécher le produit quelques minutes à l’étuve puis le broyer. Le remettre à sécher.
* Le recristalliser dans le toluène. Le sécher et mesurer son point de fusion.
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Données
*Spectres RMN (annexe 1) et IR (annexe 2) du toluène et de l’anhydride phtalique.
*Caractéristiques physiques des produits:
Toluène:
M = 92g.mol-1.
Teb760 = 110,6 °C.
Inflammable.
d20 = 0,867.
Insoluble dans l’eau.
Infiniment soluble dans l’alcool, l’éther et le benzène.
Soluble dans l’acétone.
Anhydride phtalique:
M = 148 g.mo1-1.
Cristaux blancs.
Tf = 130,8 °C.
Très peu soluble dans l’eau et dans l’éther.
Soluble dans l’alcool.
Chlorure d’aluminium:
M = 133,5 g.mo1-1.
Cristaux blancs (purs) ou jaunes.
Fume à l’air. Forte odeur d’HCl.
Réagit violemment sur l’eau avec dégagement d’HCl.
Acide p-toluoyl o-benzoïque:
M = 240 g.mol-1.
Cristaux blancs.
Un peu soluble à chaud dans l’eau.
Très soluble dans l’alcool, l’éther, l’acétone et le benzène.
Très soluble à chaud dans le toluène.
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Résultats et rapport
* Rendre le produit. Indiquer son point de fusion.
* Rédiger une feuille de marche.
* Répondre aux questions.
Questions
1 - Interpréter les spectres RMN et IR des produits de départ.
2 - Ecrire l’équation équilibrée de la réaction. De quel type de réaction s’agit-il? Quel
est le rôle du chlorure d’aluminium ? On utilise ici un peu plus de deux moles de
chlorure d’aluminium pour une mole d’anhydride phtalique. Pourquoi?
On obtient presque uniquement de l’acide p-toluoyl o-benzoïque. Justifier.
3 - Quelles sont les précautions à prendre pour le matériel, les réactifs et la réaction?
4 - Quels sont les rôles de l’eau glacée et de l’acide chlorhydrique que l’on ajoute au
mélange réactionnel après les 3/4 d’heure de chauffage à reflux?
5 - On aurait pu, avant la filtration sur büchner , soumettre le mélange réactionnel à un
entraînement à la vapeur d’eau (ou à une hydrodistillation). Dans quel but?
6 - Expliquer le principe de la purification de l’acide à l’aide du carbonate de sodium.
Ecrire les équations des réactions.
On aurait pu, avant le chauffage à reflux de 5 minutes, traiter la solution par du noir
de carbone. Dans quel but?
7 - Calculer le rendement de la synthèse.
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