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Tp chimie
suivie d’une réaction de synthèse par CCM
Document : a-­‐ L’éthanoate de benzyle L’éthanoate de benzyle est une molécule présente dans l’arôme de jasmin. On l’utilise également pour créer des arômes artificiels de pomme ou de poire. La réaction de synthèse est : + → + alcool benzylique + anhydride éthanoïque → éthanoate de benzyle + acide éthanoïque Pour optimiser la synthèse industrielle de cette molécule (économie d’énergie), on doit estimer la durée de la réaction. La réaction est suffisamment lente pour suivre son évolution grâce à des prélèvements toutes les cinq minutes. L'analyse des prélèvements est assurée par chromatographie sur couche mince (CCM). b-­‐ La chromatographie sur couche mince (CCM) • Préparation de la cuve : La cuve est un récipient qui peut être fermé par un couvercle. Introduire dans la cuve l’éluant sur une hauteur de 5 à 10 mm. Fermer la cuve. La cuve se sature en vapeurs d’éluant, souvent en une dizaine de minutes. • Préparation de la plaque Découper une plaque de chromatographie à la bonne dimension (le vérifier dans une cuve vide). Y tracer, au crayon, une ligne de dépôt très légère à environ 15 mm de son bord inférieur. • Dépôt des espèces chimiques Avec un capillaire, déposer sur la ligne de dépôt une microgoutte de chaque solution à analyser. Le diamètre des taches ne doit pas dépasser 3mm • Elution Introduire la plaque dans la cuve. Les dépôts ne doivent pas tremper dans l’éluant. Refermer et laisser la migration s’effectuer le plus loin possible (ou jusqu’à ce que l’éluant arrive à environ 15 mm du bord de la plaque). • Séchage Dès sa sortie, marquer au crayon le niveau atteint par le front du solvant sur la plaque. Le laisser sécher à l’aire pendant quelques minutes. • Révélation Choisir un mode de révélation en liaison avec les propriétés de l’espèce que l’on veut relever : diiode, lampe UV ou révélateur plus spécifique. Le chromatogramme est prêt. 1 #
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c-­‐ L’ampoule ! à décanter 1-­‐ Ampoule à décanter 2-­‐ Phase aqueuse 3 ² /¶H[WUDFWLRQ
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ii. protocole
de synthèse et suivi par ccm
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Le montage : La réaction de synthèse est une réaction lente. La température étant un facteur cinétique, on va chauffer le milieu réactionnel afin de diminuer le temps de réaction. Mais suite au chauffage, les réactifs vont s’évaporer et quitter le milieu réactionnel. On utilise pour cela un dispositif de chauffage à reflux (voir figure ci-­‐dessous). Un réfrigérant à boulles fixé sur le ballon permet de condenser les vapeurs générés lors du chauffage et les ramener dans le ballon. La colonne de réfrigérant, étant refroidie à l’eau (de l’eau froide coule en permanence à l’intérieur du réfrigérant), représente la zone où la condensation des vapeur se fait pendant la réaction. Sur le ballon on observe des gouttes d’espèces chimiques formées dans le réfrigérant et qui reviennent dans le milieu réactionnel (le ballon). Synthèse : • Introduire dans un ballon bicol : o 10 mL de cyclohexane o 7 mL d'alcool benzylique o quelques grains de pierre ponce qui vont permettre d’homogénéiser le mélange réactionnel lors de la synthèse étant donné l’impossibilité d’utiliser un agitateur magnétique. En effet le bulles générées lors de l’ébullition vont entrainer la pierre ponce et mélanger ainsi le espèces chimiques dans le ballon. La pierre ponce étant inerte chimiquement, il n’y a aucun risque d’avoir des réactions secondaires lors de la synthèse. • Préparer le montage à reflux, faire circuler l'eau. L’eau circule toujours du bas vers le haut, afin d’éviter la formation des tourbillons contenant de l’air et diminuer ainsi la capacité du réfrigérant de refroidir le milieu. • Adapter une ampoule de coulée sur le col latéral et y introduire 18 mL d'anhydride éthanoïque. L’ampoule à couler sera remplie sous la hotte car l’anhydride éthanoïque dégage des vapeurs irritantes pour les muqueuses oculaires et respiratoires. On pourra ouvrir le robinet et faire rentrer ce produit dans le milieu réactionnel lorsque on décidera de commencer la synthèse sans aucun risque de brulure au niveau des muqueuse ou de l’épiderme. • Laisser couler dans le mélange réactionnel et déclencher le chronomètre 2 Tp chimie
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Prélèvements : •
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Un peu avant la date t prévue, introduire une pipette pasteur fixée à un long tube par le haut du réfrigérant Aspirer du mélange avec une pression sur la poire A la date t, introduire ce prélèvement dans un des tubes à essai contenant du cyclohexane et mélanger En utilisant la même pipette pasteur (désolidarisée du tube), déposer une goutte sur la plaque CCM Elution •
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Lorsque les tous les dépôts d'une plaque sont effectués, l'introduire verticalement dans la cuve à élution Laisser l'éluant migrer jusqu'à 1 cm du haut, sortir la plaque et marquer le front du solvant Sécher et révéler aux UV 1-­‐ Vérifier qu’un seul des réactifs est limitant. Lequel ? 3 Tp chimie
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2-­‐ Calculer la masse d’ester espérée si la réaction était totale iii. Extraction par solvant et séchage
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Arrêter le chauffage et introduire 20 mL d'eau distillée dans le ballon afin de transformer l'anhydride éthanoïque restant en acide éthanoïque Transvaser dans une ampoule à décanter Agiter, dégazer et éliminer la phase aqueuse Neutraliser l'acide restant dans la phase organique avec 10 mL d'une solution aqueuse d'hydrogénocarbonate de sodium à 5%. Laisser l'ébullition se calmer sans le bouchon Agiter, dégazer, puis éliminer la phase inférieure Récupérer la phase organique puis la sécher avec du sulfate de magnésium anhydride Pour isoler l'éthanoate de benzyle il faut ensuite évaporer le cyclohexane dans un évaporateur rotatif. On obtient 8,5 g d'éthanoate de benzyle pur. 3-­‐ Faire un schéma de l’ampoule à décanter ; Légender ses deux phases Préciser leurs compositions ( solvants et solutés ) et leurs couleurs 4-­‐ Pourquoi ne réalise-­‐t-­‐on pas directement un lavage basique ? 5-­‐ Ecrire les équations chimiques des réactions acido-­‐basiques mises en jeu lors de l’ajout d’hydrogénocarbonate de sodium. 4 Tp chimie
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6-­‐ Quel est le gaz formé ? 7-­‐ Pourquoi cette réaction permet-­‐elle d'éliminer l'acide restant dans la phase organique ? 8-­‐ Quel est le rôle du sulfate de magnésium anhydre ? 9-­‐ Calculer le rendement de la synthèse iv. Révélation du chromatogramme et analyse des produits de réaction par spectroscopie
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révéler le chromatogramme aux UV 10-­‐ Quelles sont les espèces chimiques susceptibles d'apparaître lors de la révélation de la plaque CCM aux UV ? 11-­‐ Exploiter les chromatogrammes pour en déduire la durée de la réaction. 5 Tp chimie
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12-­‐ Analyser les spectres IR donnés en annexe. Quelles modifications permettent de montrer que la synthèse est réussie ? 13-­‐ Le spectre RMN du produit obtenu est donné en annexe. Montrer que l'éthanoate de benzyle peut correspondre à ce spectre en associant les protons aux différents pics. 6 Tp chimie
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