Classe de terminale S

Créer et reproduire des espèces chimiques Séance 2/2 Synthèse d’un conservateur alimentaire : l’acide benzoïque Page 1 sur 3
Classe de terminale S
FICHE T.P spé chimie Créer et reproduire des espèces chimiques
Séance 2/2
Synthèse d’un conservateur alimentaire : l’acide benzoïque
Objectifs.
Réaliser au laboratoire la synthèse d’un additif alimentaire, l’acide benzoïque, E 210.
Mettre en œuvre les techniques de chauffage au reflux, filtration sous vide, séchage d’un solide et
cristallisation.
Calculer un rendement.
Identifier le produit de synthèse par CCM.
I Présentation de la démarche
L'acide benzoïque est classé dans la catégorie des conservateurs et figure dans de nombreuses boissons sans
alcool. Son code européen est E 210.
Les formules développées de l'acide benzoïque et de son précurseur sont représentées ci-dessous :
CH2OH
Alcool benzylique
CO2H
Acide benzoïque
L'oxydation de l'alcool benzylique est lente, un chauffage est nécessaire (chauffage à reflux). Pour éviter une
réaction parasite au cours de la synthèse de l'acide benzoïque avec son précurseur, on effectue l'oxydation par
le permanganate de potassium, en milieu basique. L'acide benzoïque est donc obtenu sous sa forme basique, à
savoir l'ion benzoate ; les ions permanganate en milieu basique sont réduits en dioxyde de manganèse, solide
marron de formule MnO2.
On procède ensuite à la précipitation de l’acide benzoïque en milieu acide, puis à sa purification par traitement
à l’aide d’une solution de sulfite de sodium, 2Na+(aq), SO32-+(aq).
L’acide benzoïque est alors cristallisé, filtré et séché.
L’identification est faite par CCM.
II. Synthèse de l’acide benzoïque
1. Oxydation de l'alcool benzylique
Dans un ballon bicol de 250 mL rodé, introduire à la pipette 2,00 mL d'alcool benzylique, quelques grains de
pierre ponce et à l’éprouvette 20 mL de la solution d’hydroxyde de sodium, fixer le ballon.
Equiper le ballon avec un réfrigérant, qui est fixé, et une ampoule de coulée contenant 100 mL de la solution
de permanganate de potassium.
Chauffer à ébullition douce à l’aide d’un chauffe-ballon placé sur un support élévateur puis introduire
lentement (15 minutes environ) la totalité de la solution oxydante, un précipité marron de dioxyde de
manganèse(IV), MnO2, apparaît.
Observer.
Laisser chauffer encore 10 minutes après la fin de l'addition de permanganate de potassium puis retirer le
chauffe-ballon.
Laisser refroidir un peu le milieu réactionnel en maintenant le réfrigérant en service.
Par le haut du réfrigérant ajouter quelques gouttes d’éthanol à 95° jusqu’à disparition de la teinte violacée.
Après refroidissement du contenu du ballon à température ambiante, filtrer sur Büchner.
2. Précipitation de l'acide benzoïque et purification
Verser le filtrat dans un bécher de 250 mL refroidi dans la glace pilé.
Porter des lunettes et, sous la hotte, avec précaution, ajouter lentement à l’éprouvette, 10 mL d'acide
chlorhydrique concentré (le pH doit être voisin de 1). L'acide benzoïque précipite « en partie » sous
forme d'un solide blanc. Bien refroidir le mélange réactionnel pour « achever » la précipitation
1
de l’acide
benzoïque.
Filtrer l'ensemble sur un filtre Büchner
Arrêter l'aspiration pour rincer le bécher puis laver les cristaux avec le minimum d'eau glacée.
Bien essorer les cristaux.
Placer l'acide benzoïque isolé dans un verre de montre et le sécher à l'étuve à 80°C. Peser l'acide benzoïque
sec.
1
La solubilité de l’acide benzoïque dépend de la température, donc la cristallisation n’est jamais achevée, cependant il
est possible de fixer une valeur minimale de la température du milieu réactionnel à atteindre.

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II. Identification par CCM de l’acide benzoïque synthétisé
Se reporter à la théorie et la technique de la chromatographie couche mince.
Préparation de la cuve à élution, environ une demi-heure avant utilisation.
Préparation de la plaque de chromatographie : dépôts des solutions
Préparer une solution à 6 % dans l'acétone de l'acide benzoïque synthétisé.
A l’aide de capillaires faire un dépôt de cette solution (notée S), un de la solution de référence (acide
benzoïque pur à 6% dans l’acétone, notée P) et un d’une solution d’alcool benzylique dans l’acétone (noté B).
Elution
Révélation de la plaque
Exposer la plaque aux radiations UV et positionner les taches à l'aide d'un crayon. (254nm)
Ou plonger brièvement la plaque dans une solution d’hydroxyde de sodium de concentration molaire 10-1
mol.L-1.
La sécher sommairement (selon les plaques utilisées, les taches peuvent déjà apparaître) et plonger rapidement
la plaque tenue avec une pince une solution concentrée de bleu de bromothymol (ou étaler sur la surface de la
plaque, avec un pinceau doux et large, une solution concentrée de bleu de bromothymol).
Les positions des taches d'acide benzoïque se révéleront par une coloration jaune due au virage de l'indicateur
coloré mais pas celle de l’alcool benzylique.
Représenter la plaque de chromatographie après révélation.
Comparer la position des taches et conclure.
Commentaires, compléments
Législation : classification, réglementation des additifs alimentaires
L’arrêté du 2 octobre 1997 relatif aux additifs pouvant être employés dans la fabrication des denrées
destinées à l’alimentation humaine, distingue :
- les colorants,
- les édulcorants,
- les additifs alimentaires autres que colorants et édulcorants.
Les colorants (article 2)
« Additifs qui ajoutent ou redonnent de la couleur à des denrées alimentaires… ». La définition complète et la
liste des colorants alimentaires autorisés en France est donnée en annexe 1 du décret cité. Cette liste est
évolutive. Il y a divergence selon les pays. L’objet de la loi est d’informer les consommateurs pour les
protéger, contre la fraude (par l’étiquetage) et contre les risques alimentaires. Les risques alimentaires
peuvent être dus à des contaminations microbiennes, à la présence de toxines dans les aliments, mais aussi
aux additifs eux-mêmes, en raison de leur pouvoir allergisant, de leur activité cancérogène… D’où
l’importance de la législation les concernant.
Les colorants les plus couramment ajoutés dans les sirops et BRSA sont : Tartrazine (E102), Jaune de
quinoléïne (E104), Jaune orange S (E110), Azorubine ou carmoisine (E122), Ponceau 4R ou rouge cochenille
A (E124), Bleu patenté V (E131).
La tendance actuelle est de remplacer ces colorants par d’autres naturels, tels que la lutéine, le carotène…
Les édulcorants (article 5)
« Additifs alimentaires utilisés pour donner une saveur sucrée aux denrées alimentaires. Les denrées
alimentaires ayant un pouvoir édulcorant ne sont pas considérées comme édulcorants ». Dans les BRSA,
l’aspartame
2
l’acésulfame et la saccharine sont parmi les édulcorants les plus utilisés et sont appelés
édulcorants intenses.
Les additifs alimentaires autres que colorants et édulcorants (extrait de l’article 9)
Conservateurs, antioxygènes, supports, acidifiants, émulsifiants, exhausteurs de goût, gélifiants, épaississants,
stabilisants… constituent une liste non exhaustive de ces additifs.
- Les conservateurs sont des substances qui prolongent la durée de conservation des denrées alimentaires en
les protégeant des altérations dues aux micro-organismes (exemple : benzoate de sodium, quelquefois désigné
par E211).
2
Avec indication sur l’étiquette de la présence de phénylalanine. En effet, ce produit ne convient pas aux personnes
atteintes de PKU (phénylcétonurie : maladie génétique).

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- Les antioxygènes sont des substances qui prolongent la durée de conservation des denrées alimentaires en
les protégeant des altérations provoquées par l’oxydation, telles que le rancissement des matières grasses et
les modifications de la couleur (exemple : acide ascorbique).
- Les acidifiants sont des substances qui augmentent l’acidité d’une denrée alimentaire et/ou lui donnent un
goût acide (le plus couramment, il s’agit d’acide citrique).
Le code européen des additifs alimentaires autorisés est composé de la lettre E suivie de trois chiffres :
1 pour les colorants (série 100), 2 pour les conservateurs (série 200).
Principaux conservateurs et antioxygènes autorisés sous condition
N° CEE
NOM
E 200
Acide sorbique et sorbate (E 202 et E 203)
E 210
E 211
E 212
E 213
Acide benzoïque
Benzoate de sodium
Benzoate de potassium
Benzoate de calcium
E 214
P-hydroxybenzoate d’éthyle et dérivés E 215 à 218
III. Questions
Relatives à l’oxydation de l’alcool benzylique
Ecrire en spécifiant les couples oxydant-réducteur mis en jeu, l'équation, en milieu basique, de la réaction
associée à la transformation envisagée.
Quelle "réaction parasite" cherche-t-on à éviter en se plaçant en milieu basique ?
Faire le schéma du montage.
Pourquoi utilise-t-on un montage à reflux ?
Pourquoi utilise-t-on de la pierre ponce ?
Quel est le rôle de l’ajout d ‘éthanol à 95° ?
Connaissant les couples oxydant-réducteur mis en jeu : CH3CO2H(aq)/CH3CH2OH(aq) et
)S(
2
)aq(
4MnO/MnO
, écrire l’équation de la réaction interprétant la disparition de la teinte violacée à l’ajout
d’éthanol à 95°.
Calculer les quantités de matière apportées des réactifs ; quel est le réactif en excès ?
Relatives à la précipitation de l’acide benzoïque
A l’aide des données physico-chimiques, dites pourquoi l'acide benzoïque précipite « en partie » sous forme
d'un solide blanc.
Ecrire l'équation de la réaction de précipitation de l’acide benzoïque.
A l’aide des données physico-chimiques, dites pourquoi il faut refroidir lors de la cristallisation de l'acide
benzoïque.
Définir le rendement et déterminer le rendement de la synthèse.
Données concernant l’alcool benzylique.
Indications portées sur le flacon : masse molaire 108,4 g.mol-1 ; densité d =1,04 ; % C6H5CH2OH 97%