PCSI Brizeux TP N°2 Altmayer-Henzien 2016-2017 TP N°2 : RÉACTION DE CANNIZZARO - PARTIE 1 : TECHNIQUES DE SÉPARATION Objectif : Le but de ce TP est de mettre en œuvre des techniques de séparation (de deux liquides non miscibles ou d'un mélange liquide/solide) à la suite d'une synthèse. I. Introduction : La réaction de Cannizzaro Le benzaldéhyde est utilisé dans l'industrie agro-alimentaire comme arôme (odeur d'amande amère). En présence d'une solution aqueuse d'hydroxyde de sodium (Na+ + HO−), le benzaldéhyde est susceptible de réagir sur lui-même selon la réaction de Cannizzaro : O O H 2 + ion hydroxyde benzaldéhyde O HO − ion benzoate OH + alcool benzylique On forme l'alcool benzylique (antiseptique à large spectre bactéricide et fongicide) ainsi que l'ion benzoate, base conjuguée de l'acide benzoïque (couple C6H5COOH/C6H5COO−). L'acide benzoïque est utilisé comme conservateur et agent fongicide dans de nombreuses boissons "light" sous la codification E210. Document 1 : Données physiques et sécurité Composé Benzaldéhyde Alcool benzylique Acide benzoïque (C6H5COOH) Benzoate de sodium − (C6H5COO , + Na ) Ether diéthylique Et2O Masse molaire −1 (g·mol ) 106 108 122 - - Tfus (°C) −56 −15 122 - - Teb (°C) 178 205 - - 35 Densité Solubilité Autres données utiles 1,04 Dans l'eau : faible Dans l'éther : très élevée Miscible avec l'alcool benzylique 1,04 Dans l'eau : assez −1 faible 40 g·L à 17 °C Dans l'éther : très élevée Indice de réfraction 𝑛!!" = 1,5384 - Dans l'eau : −1 1,5 g·L à 10 °C −1 2,4 g·L à 25 °C −1 68 g·L à 95 °C Dans l'éther : faible −1 (2,4 g·L à 25 °C) Couple C6H5COOH/ − C6H5COO : pKA = 4,2 - Dans l'eau : très élevée −1 (400 g·L à 20 °C) Dans l'éther : nulle Base conjuguée de l'acide benzoïque 0,70 Faiblement miscible avec l'eau - Sécurité Nocif par ingestion. Peut causer des irritations oculaires. Nocif par ingestion ou inhalation. Nocif par ingestion. Peut causer des irritations oculaires. Peut causer des irritations oculaires. Nocif par ingestion. Peut causer somnolence et vertige. Très inflammable. PCSI Brizeux TP N°2 Altmayer-Henzien 2016-2017 II. Travail préparatoire 1. Dans quel état physique est l'acide benzoïque à la température du laboratoire ? C'est sous cette forme qu'il faudra le récupérer en fin de TP. 2. Calculer les quantités de matière des réactifs engagés dans la réaction de Cannizzaro. (Donnée supplémentaire : MNaOH = 40 g·mol−1) 3. Déterminer le volume de benzaldéhyde qu'il a fallu prélever ainsi que la quantité de matière maximale d'acide benzoïque qu'il est possible de former si la réaction est quantitative (=quasi-totale). 4. Ecrire l'équation de la réaction acido-basique pouvant avoir lieu entre l'ion benzoate C6H5COO− et de l'acide chlorhydrique. (Donnée supplémentaire : On précise que l'acide chlorhydrique est un acide fort : dans l'eau, il forme H3O+(aq) et Cl−(aq).) Cette réaction est dite "exothermique ": la température du milieu réactionnel augmente. 5. Tracer le diagramme de prédominance de l'acide benzoïque. Document 2 : Diagramme de prédominance d'un couple acide/base Soit AH/A− un couple acide/base dont le pKA est donné. Le diagramme de prédominance est représenté cidessous : III. Séparation des produits formés lors de la réaction de Cannizzaro Consignes : » L’organisation lors d’un TP est primordiale. Avant de commencer la manipulation, il est obligatoire de lire intégralement l’énoncé. Les temps d’attente devront être exploités au mieux (anticipation des prochaines étapes du protocole, rédaction du compte-rendu, préparation des calculs pour le rendement…). » Il vous est demandé d’être particulièrement vigilants en ce qui concerne la sécurité. Les produits doivent être manipulés avec le matériel de protection adapté. Vous veillerez à ce que votre paillasse soit en permanence propre et bien rangée. Sur votre paillasse, se trouve un erlenmeyer de 100 mL contenant le milieu réactionnel à l'issue d'une réaction de Cannizzaro. Pour cela, 2,0 g d'hydroxyde de sodium ont été dissous dans 4,0 mL d'eau puis 5,0 g de benzaldéhyde ont été ajoutés à cette solution basique. Un barreau aimanté a été introduit et le mélange réactionnel a été agité à température ambiante pendant 48 h (erlenmeyer bouché). On obtient ainsi un mélange constitué principalement d'alcool benzylique et de benzoate de sodium dans l'eau. Le milieu est très basique (car HO− est en excès). Il peut éventuellement rester du benzaldéhyde si la réaction n'a pas été quantitative (= quasi-totale). Le but est d'effectuer la séparation des produits de la réaction, de manière à récupérer uniquement l'acide benzoïque. Utiliser l'ensemble des documents ainsi que les fiches TP distribuées pour : » Proposer un protocole pour séparer les constituants du mélange ; » Récupérer et isoler l'acide benzoïque. PCSI Brizeux TP N°2 Altmayer-Henzien 2016-2017 Document 3 : Matériel à disposition • • • • • • • Erlenmeyer contenant le mélange à séparer Ether diéthylique Solution d'acide chlorhydrique à 6 mol·L−1 (Attention, solution très concentrée) Glace pilée Erlenmeyers de 100 mL Eprouvette graduée Agitateur magnétique + barreau aimanté • • • • • • • Ampoule à décanter + bouchon + support 1 entonnoir en verre Cristallisoir Ampoule de coulée + support Papier pH + baguette en verre + coupelle 1 entonnoir Büchner + fiole à vide Filtres ronds IV. Consignes et questions supplémentaires pour le compte-rendu Document 4 : Critères généraux de rédaction d'un compte-rendu complet dans le cahier de TP » » » » » » Travail soigné (lisible, aéré, résultats encadrés). L'objectif des manipulations est rappelé. S'il n'est pas fourni dans l'énoncé du TP, le protocole des manipulations doit être détaillé : un expérimentateur avisé doit pouvoir refaire les manipulations à l'aide de votre compte-rendu. Un schéma légendé est souhaitable. Les résultats expérimentaux et observations figurent clairement. L'exploitation des résultats est détaillée avec rigueur (les formules utilisées sont rappelées ; les courbes éventuelles sont jointes au compte-rendu, munies de leur titre, légende, ... ; les calculs détaillés ; les résultats sont présentés si possible avec leur incertitude). Les résultats sont validés par une conclusion objective, et éventuellement comparés à des grandeurs tabulées. Q1. Combien de phases y a-t-il dans le milieu réactionnel au début du TP ? Donner la composition de chacune des phases. Q2. Réaliser un organigramme bilan permettant de récupérer et isoler l'acide benzoïque d'une part ainsi que l'alcool benzylique d'autre part. Q3. Détailler le protocole mené pour séparer la phase contenant l'ion benzoate de celle contenant l'alcool benzylique. Faire un schéma légendé de la verrerie utilisée avec son contenu. Q4. Détailler le protocole mené pour isoler l'acide benzoïque. Indiquer l'aspect du produit obtenu. Q5. Indiquer le rendement brut de la synthèse, calculé à partir de la quantité d'acide benzoïque obtenue. Conclusion : Un des produits de la réaction de Cannizzaro, l'acide benzoïque, a vraisemblablement été isolé, mais.... comment en être sûrs ?? Est-ce bien le produit attendu ? Est-il pur ? On mettra en œuvre différentes techniques de purification et d'analyse dans le prochain TP afin de répondre à ces questions. PCSI Brizeux TP N°2 Altmayer-Henzien 2016-2017 V. Evaluation Compétences Evaluation S’approprier • Lire et comprendre l’énoncé, se mobiliser en cohérence avec les consignes. Analyser • Proposer ou justifier les étapes de traitement d’une synthèse organique. Réaliser • Respecter les consignes de sécurité. • Organiser son poste de travail. • Mettre en œuvre une extraction liquide-liquide • Séparer un liquide et un solide et laver un solide. • Mettre en œuvre une pesée « à masse constante » d’un solide. Valider • Déterminer synthèse. le rendement d’une Communiquer • Utiliser un vocabulaire précis. • Présenter, formuler une proposition, une argumentation ou une conclusion de manière cohérente, complète et compréhensible. • Rédiger un compte-rendu soigné et organisé. Etre autonome, faire preuve d’initiatives • Travailler seul, prendre des initiatives. • Analyser ses difficultés et demander une aide pertinente. • Travailler rapidement.
