LC 25 Arômes et conservateurs : synthèse, extraction et

LC 25 Arômes et conservateurs : synthèse, extraction et
dosages (T°S Spé)
Les produits que nous consommons ont des goûts différents, des odeurs différentes.
L’industrie agroalimentaire a su analyser ce qui donnait le goût et créer des additifs qui
donnent ou rehaussent le goût. Elles ont aussi ajouter des substances qui permettent de
faciliter la conservation : les conservateurs.
Les objectifs de cette leçon sont doubles : tout d’abord, se familiariser avec les codes
apparaissant sur les étiquettes de produits régulièrement consommés, mais surtout c’est
l’occasion de réemployer toute la théorie et les manipulations pratiques déjà vues pendant
l’année au cours de l’enseignement obligatoire : l’objectif ici, est de savoir réaliser un
chauffage à reflux, un lavage et séchage d’une phase organique, une cristallisation d’un solide
et une distillation, on devra savoir justifier toutes les étapes des protocoles et savoir calculer
un rendement. On devra savoir identifier un type de dosage et en exploiter les résultats.
Pour cela, je considèrerai en pré requis : la structure et représentation des composés
organiques, les réactions acido-basiques et d’oxydoréduction, la définition d’un rendement.
I – LES AROMES
1. Définitions
Nous allons commencer par définir quelques termes propres à cette branche de la chimie.
Un arôme alimentaire est une substance qui renforce le goût des aliments et des boissons ; il
peut être naturel, identique au naturel ou artificiel et n’est pas repéré par un code spécial sur
les étiquettes.



les substances isolées à partir de matières végétales ou animales par des procédés
physiques sont dites naturelles,
ces mêmes substances obtenues avec au moins une étape impliquant une réaction
chimique sont dites identiques au naturel,
les substances dites artificielles sont des substances obtenues par synthèse et dont la
présence dans un produit naturel n’a pas encore été prouvée.
Des alcènes (limonène), des alcools (menthol), des aldéhydes (benzaldéhyde), des cétones
(damascérone) et des phénols (thymol) sont utilisés comme arômes.
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Cependant les substances les plus utilisées sont des esters. Généralement en mélange, ils sont
responsables de la flaveur (goût) et de la fragrance (odeur) de nombreux fruits. Les arômes
naturels ou identiques au naturel font intervenir de nombreux esters naturels (ou identiques au
naturel). Ainsi, une formule reproduisant la flaveur de framboise met en œuvre 9 esters, 2
acides carboxyliques, l’acétaldéhyde, le glycérol et l’éthanol.
Dans la suite de la leçon, nous allons extraire une essence naturelle, puis synthétiser un arôme
identique au naturel.
2. Extraction de l’anéthole de l’anis étoilé
Présentation du modèle moléculaire
PROTOCOLE D’EXTRACTION D’UN AROME : L’ANETHOLE DE L’ANIS ETOILE
* Piler au mortier 5 g de graines d’anis
étoilé et les introduire dans un ballon de
250 mL avec 100 mL d’eau.
* Réaliser un montage d’entraînement à la
vapeur, brancher le condenseur à eau et
porter à ébullition.
* Verser l’hydro distillat dans une ampoule
à décanter et extraire 2 fois avec 10 mL de
dichlorométhane.
* Récupérer la phase organique et la sécher
avec MgSO4 anhydre, puis filtrer.
* A l’aide d’un évaporateur rotatif,
évaporer le solvant : une huile dense est
recueillie
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3. Synthèse de l’acétate d’isoamyle
a. Généralités
Présentation du modèle moléculaire
Cet ester est obtenu par réaction de l’acide éthanoïque sur le 3-méthylbutan-1-ol en catalyse
acide.
Acide éthanoïque + alcool 3-méthylbutan-1-ol
=
Acétate d’isoamyle + H2O
Masse volumique
Température
-3
g.cm
d’ébullition (°C)
Acide acétique
3-méthylbutan-1-ol
Acétate d’isoamyle
Solubilité
dans l’eau
1.05
118
Très grande
0.81
132
Faible
0.87
142
Très faible
b. Protocole expérimental
PROTOCOLE DE SYNTHESE DE L’ARÔME DE BANANE :
L’ETHANOATE DE 3-METHYLBUTYLE
L’estérification :
* Introduire dans un ballon un volume V1=21 mL d’alcool isoamylique et un volume V2=25
mL d’acide éthanoïque.
* Ajouter avec précaution, 1 mL H2SO4 concentrée et quelques grains de pierre ponce.
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* Adapter un réfrigérant à boules et chauffer à reflux pendant 20 minutes à partir de
l’ébullition.
La distillation :
* Refroidir le ballon en le passant sous l’eau froide.
* Verser le contenu du ballon dans une ampoule à décanter.
* Ajouter 30 à 40 mL d’eau et repérer la phase aqueuse dans l’ampoule.
* Agiter l’ampoule et dégazer.
* Récupérer la phase organique contenant l’ester et l’alcool n’ayant pas réagi.
* Réaliser la distillation fractionnée de la phase organique.
* Surveiller la température ; observer le passage de l’alcool aux alentours de 132°C et arrêter
la distillation dès que la température s’élève.
* Déterminer le volume d’ester à l’aide d’une éprouvette graduée de 10 mL.
c. Exploitation des résultats
La réaction d’estérification est lente, limitée, athermique et conduit à un équilibre. La
transformation n’est donc pas totale.
Calcul des quantités de matières initiales :
n0 CH 3COOH  
d * v2 25 *1.05

 4.38 *10 1 mol.L1
M
60
n0' C5 H 11OH  
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21 * 0.81
 1.93 *10 1 mol.L1
88
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Quantité d’ester recueillie :
n f ester 
Equation
Avancement
Etat du
mol
système
0
Etat initial
Etat
x
intermédiaire
Etat final si
xmax = 0.193
la transfo.
était totale
Etat final
xf =
réel
vrecueilli * 0.87

130
CH3COOH + C5H11OH
= CH3COOC5H11 + H2O
n0
n’0
n
n’
0.438
0.193
0
0
0.438- x
0.193- x
x
x
0.245
0
0.193
0.193
On peut calculer le taux d’avancement final de la réaction car la transformation n’est pas
totale :

xf
x max
Et dans le cas où il n’y a qu’une seule réaction qui se produit, et où l’on suppose qu’il n’y a
pas de perte de produits durant les différentes manipulations de purification on aura :
 R
nexp
nth

.......

........
II – LES CONSERVATEURS
1. Définitions



Les conservateurs sont des substances qui prolongent la durée de conservation des
denrées alimentaires en les protégeant des altérations dues aux microorganismes.
Les antioxygènes sont des substances qui prolongent la durée de conservation des
produits en les protégeant des altérations provoquées par l’oxydation telles que le
rancissement des matières grasses et les modifications de couleur.
Les conservateurs sont repérés par le code européen E2XX et les antioxygènes par
E3XX.
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2. Dosage d’un antioxygène : L’acide ascorbique contenu dans un jus
de citron
a. L’acide ascorbique ou vitamine C
Elle a pour formule brute C6H8O6.
C’est un antiscorbutique et anti-infectieux qui joue un rôle important dans la synthèse du
collagène. Il est synthétisé par de nombreux êtres vivants mais pas par l’homme qui doit donc
le trouver dans son alimentation, ses besoins journaliers étant de l’ordre de 75 mg. L’acide
ascorbique possède également des propriétés réductrices, il peut réduire le dioxygène d’où son
appellation.
Code européen E300.
b. Protocole expérimental
La méthode employée est un dosage en retour. L’acide ascorbique est mis en présence d’un
excès de solution de diiode avec lequel il réagit. L’excès de diiode est ensuite par une solution
titrée de thiosulfate de sodium.
E°(I2/I-)=0.54 V
E°(C6H6O6/C6H8O6)=0.13 V E°(S4O62-/S2O32-)=0.08 V
* Presser le jus d’un citron, filtrer le jus sur de la gaze.
* Prélever 5 mL de ce jus. Verser ces 5 mL dans un erlenmeyer de 125 mL.
* Ajouter dans l’erlenmeyer 10 mL de diiode à 5.10-3 mol.L-1.
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* Verser à l’aide de la burette, la solution de thiosulfate de sodium de concentration 5.10-3
mol.L-1.
* Ajouter une pointe de thiodène lorsque la solution est jaune et continuer alors le dosage.
c. Exploitation des résultats
n0(I2) = n(I2)ac.ascorbique + n(I2)thiosulfate
n0(I2) = CoVo = 5.10-3.10.10-3 = 5.10-5 mol
A l’équivalence, la quantité de matière du réactif titrant versé est égale à la quantité de
matière du réactif titré en solution.
1ère réaction :
= C6H6O6 + 2 e- + 2 H+
I2 + 2 e- = 2 I+ C6H8O6 = 2 I- + C6H6O6 + 2 H+
C6H8O6
I2
2ème réaction :
I2 + 2 e- = 2 I2 S2O32- = S4O62- + 2 eI2 + 2 S2O32- = 2 I- + S4O62-
A l’équivalence :
D’où
n( S 2 O32 )
5.10 3 * Ve
 n( I 2 ) thiosulfate 
2
2
n(I2)ac.ascorbique = n0(I2) - n(I2)thiosulfate
D’après la réaction (1) on a :
n(I2)ac.ascorbique = n0(C6H8O6) = ....................mol
m(C6H8O6) = n0(C6H8O6) * 176 = ....................mg
Conclure sur les apports journaliers.
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3. Synthèse d’un conservateur : l’acide benzoïque
a. Généralités
L’acide benzoïque C6H5COOH et les ions benzoate C6H5COO- ont des propriétés fongicides
même à faible dose.
E210 Acide benzoïque
E211 Benzoate de sodium
Présentation du modèle moléculaire
b. Protocole expérimental
PROTOCOLE DE SYNTHESE D’UN CONSERVATEUR : L’ACIDE BENZOÏQUE
* Introduire dans un ballon bi col de
250mL, un volume de 2 mL d’alcool
benzylique, 20 mL de soude à 2 mol.L-1 et
des grains de pierre ponce.
* Verser 120 mL de permanganate de
potassium à 0.25 mol.L-1 dans l’ampoule
de coulée.
* Alimenter le réfrigérant à eau et porter le
mélange à ébullition douce, puis introduire
goutte à goutte la solution oxydante.
* Une fois l’addition terminée, laisser se
poursuivre l’ébullition douce pendant 10
minutes.
* Ajouter quelques millilitres d’éthanol
jusqu’à disparition de la couleur violacée.
(Réduction des ions MnO4- en excès).
* Refroidir le ballon, puis filtrer sur Büchner et récupérer le filtrat limpide.
* Verser le filtrat dans un erlenmeyer placé dans de la glace pilée, ajouter
précautionneusement une solution HCl à 2 mol.L-1, jusqu’à la formation d’un précipité blanc.
* Bien refroidir le mélange, le filtrer sur Büchner et rincer le solide avec de l’eau glacée.
* Essorer les cristaux entre 2 feuilles de papier filtre, les déposer dans un verre de montre et
les mettre à l’étuve, les peser après séchage.
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c. Exploitation des résultats
n0(MnO4-) = 120.10-3*0.25 = 0.03 mol
n0(Alcool) = 2*10-3*1.042/108 = 0.0193 mol
Réaction ayant lieu dans le ballon :
C6H5CH2OH + H2O = C6H5COOH + 4 e- + 4 H+
MnO4- + 3 e- + 4 H+ = MnO2 + 2 H2O
3 C6H5CH2OH + 4 MnO4- + 4 H+ = 3 C6H5COOH + 5 H2O + 4 MnO2
En milieu acide, l’acide benzoïque formé peu soluble dans l’eau apparaît à l’état solide,
difficilement séparable de MnO2, on se place donc en milieu basique.
C6H5COOH + HO- = C6H5COO- + H2O
Etat du
Avancement 3C H CH OH + 4 MnO - +
6 5
2
4
système
mol
0
0.0193
0.03
Etat initial
Etat
x
0.0193-3 x 0.03- 4x
intermédiaire
xmax =
0
4.4 10-3
Etat final
6.4 10-3
4 H+ = 3 C6H5COOH + 5 H2O + 4 MnO2
**
0
0
0
**
3x
5x
4x
**
0.0193
0.032
0.026
Equation de la réaction de réduction de MnO4- en excès par l’éthanol
CH3CH2OH + H2O = CH3CO2H + 4 e- + 4 H+
MnO4- + 3 e- + 4 H+ = MnO2 + 2 H2O
3 CH3CH2OH + 4 MnO4- + 4 H+ = 3 CH3CO2H + 4 MnO2 + 5 H2O
macide benzoïque recueilli =............................g
nth ac.benzoïque = 0.0193 mol

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mth ac.benzoïque = 2.35 g
mrecueillie

mthéorique 2.35
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Les arômes et les conservateurs mais aussi les colorants font partie intégrante de notre
quotidien. Il est primordial de savoir comment ils sont synthétisés pour connaître leur impact
sur notre organisme. Cette leçon dont le but était de faire du TP a permis de revoir beaucoup
de notions importantes que doit avoir assimilées un élève de terminale.
Données supplémentaires
Acide benzoïque :
tf = 122°C
M = 122 g.mol-1
Alcool benzylique :
d = 1.042
M = 108 g.mol-1
pKa = 4.2
solubilité dans l’eau = 2.4 g.L-1 à 25°C
68 g.L-1 à 95°C
Conservateurs :
E210 acide benzoïque
E211 benzoate de sodium
E212 benzoate de potassium
E213 benzoate de calcium
E200
E236
E260
E280
Acide sorbique
anti-levure et moisissure
Acide méthanoïque
Acide éthanoïque
Antibactérien
Acide propanoïque Fongicide
Bibliographie
 Tomasino, Physique-Chimie Tale S Spécialité, Nathan (1998)
 Durandeau, Durupthy, Physique-Chimie Tale S Spécialité, Hachette (2002)
 Physique-Chimie, Tale S Spécialité, collection Microméga, Hatier (2002)
 BUP N°753, Avril 1993, Des substances naturelles aux produits chimiques
 http://d.villafruela.free.fr/dictionnaire/A/additifs.htm
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LC25 AROMES ET CONSERVATEURS
Liste de matériels et produits
Synthèse d’un arôme : Ethanoate de 3-méthylbutyle
Matériel :
 chauffe-ballon
 réfrigérant à boules
 Elévateur à croisillons
X2
 Colonne à pointes de Vigreux
 Réfrigérant à eau droit
 Erlenmeyer 150 mL
 Ballons 250 mL
X2
 Pierre ponce
 Thermomètre allant jusqu’à 150°C
 Eprouvettes graduées
100 mL et 10 mL
 Ampoule à décanter + support
 Béchers 100 mL
X2
Produits :
 Acide éthanoïque 200 mL
 Alcool isoamylique (3-méthylbutan-1-ol) 150 mL
 Acide sulfurique concentré (pas beaucoup)
Extraction d’un arôme : L’anéthole de l’anis étoilé
Matériel :
 ballon 250 mL bi col
 1 tête de colonne
 1 ampoule de coulée
 Pilon + mortier
 Thermomètre
 1 réfrigérant à eau
 1 allonge de coulée
 Erlenmeyer 150 mL
 Pierre ponce
 Elévateur à croisillons
 Chauffe-ballon
 Ampoule à décanter
 Evaporateur rotatif
 Entonnoir + papier filtre + bécher 100 mL
Produits :
 Dichlorométhane 150 mL
 MgSO4 anhydre
 Dibrome en solution aqueuse pour test
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Synthèse d’un conservateur : L’acide benzoïque
Matériel :
 Ballon bi col 250 mL
 Ampoule de coulée
 Réfrigérant à boules
 Chauffe-ballon
 Elévateur à croisillons
 Banc Köfler
 Propipette
 Pipette jaugée 2 mL
 Eprouvette graduée 50 mL
 Pierre ponce
 Cristallisoir X 2
 Fiole à vide
 Filtre Büchner
 Erlenemeyer 250 mL
 Pissette d’eau distillée
 Papier filtre
 Verre de montre
 Balance
Produits :
 Alcool benzylique
 Soude
2M
 KMnO4
0.25 M
 Ethanol
 HCl
2M
50 mL
200 mL
500 mL
200 mL
200 mL
Dosage d’un antioxydant : l’acide ascorbique
Matériel :
 Burette graduée 50 mL
 Pipettes jaugées 5 mL et 10 mL
 Agitateur magnétique
 Erlenmeyer 125 mL
 Bécher 100mL
X4
 Morceau de gaze ou coton
 Presse citron
Produits :
 Citrons
X4
 Solution de diiode à 5.10-3 M (dans KI)
 Na2S2O3 à 5.10-3 M
 Thiodène
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150 mL
150 mL
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