BTS CHIMISTE EPREUVE FONDAMENTALE DE CHIMIE

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BTS CHIMISTE
Code Sujet : CHEXP-P01
Session 2006
EPREUVE FONDAMENTALE DE CHIMIE
- Pratique expérimentale -
Durée : 6 heures Coef. : 7
SUJET N°1
PREPARATION DE DEUX PRODUITS UTILISES DANS L'ALIMENTATION : LA SACCHARINE
ET L'ETHANOATE DE 3-METHYLBUTYLE
La saccharine est un édulcorant intense : additif alimentaire doté d’une saveur sucrée mais ayant une valeur
nutritive faible. La synthèse proposée est une adaptation de la dernière étape du procédé Maunee, procédé
industriel développé dans les années 1950 et utilisé principalement aux Etats-Unis.
Il s'agit de la transformation du 2-aminosulfonylbenzoate de méthyle en saccharine ; la première étape est la
suivante :
S
O
OCH3
NH2
OO
HCO3-
+ SN -
OO
O
+ H2O + CH3OH + CO2
ion saccharinate, base conjuguée
de la saccharine
2-aminosulfonylbenzoate de méthyle
La seconde étape est la transformation de l'ion saccharinate en saccharine.
L' éthanoate de 3-méthylbutyle, deuxième produit fabriqué, est également un additif alimentaire. Il est
utilisé pour augmenter la saveur de certains aliments. Il constitue un arôme artificiel de banane.
Les deux parties peuvent être traitées de façon indépendante
1. MODE OPERATOIRE
1.1 Synthèse de la saccharine
• Dans un ballon tricol de 250 mL, équipé d'un réfrigérant, d'une ampoule de coulée et d'une agitation
magnétique, introduire 3,20 g de 2-aminosulfonylbenzoate de méthyle, 1,50 g d'hydrogénocarbonate de
sodium et 50 mL d'eau.
• Porter le mélange réactionnel à environ 70 °C sous agitation vigoureuse jusqu'à ce qu'il devienne
limpide. Poursuivre l'agitation pendant 5 minutes supplémentaires.
• Refroidir le mélange réactionnel.
• Lorsque le mélange est bien refroidi, ajouter par l'ampoule de coulée 25 mL d'acide chlorhydrique à
3 mol.L-1. Vérifier que le pH de la solution est proche de 1 ; si ce n'est pas le cas, ajouter de l'acide
chlorhydrique jusqu'à obtenir un pH proche de 1.

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• Laisser refroidir puis filtrer sur büchner.
• Laver le solide avec 2 fois 10 mL d'eau glacée. Essorer.
• Recueillir le produit brut et le peser (masse m1). Séparer le produit brut en deux fractions :
¾ Environ 0,5 g (m3) sont mis à sécher à l’étuve à 100°C jusqu'à masse constante (masse m'3) ;
stocker le produit sec dans un récipient étiqueté.
¾ Le reste de produit brut (m2) est recristallisé.
• Recristalliser le produit brut dans l'eau. Placer le produit purifié à l'étuve à 100°C. Stocker le produit
recristallisé dans un récipient étiqueté.
• Peser le produit recristallisé. Soit m4 la masse de produit recristallisé sec.
• Mesurer la température de fusion du produit recristallisé.
• Effectuer une CCM en déposant sur une plaque de silice des solutions à 1 % dans l'éthanol :
- la solution de référence de 2-aminosulfonylbenzoate de méthyle (fournie)
- la solution de référence de saccharine (fournie)
- la solution de saccharine brute (à préparer)
- la solution de saccharine recristallisée (à préparer)
L' éluant est un mélange acétone / triéthylamine (98 / 2 en volume).
La révélation se fait sous UV.
1.2 Synthèse d'un arôme artificiel de banane : l'éthanoate de 3-méthylbutyle
• Dans un ballon de 250 mL, verser 40 mL de 3-méthylbutan-1-ol.
• Ajouter doucement 50 mL d'acide éthanoïque glacial et 1 mL d'acide sulfurique concentré. Mélanger
avec précaution et ajouter une olive.
• Équiper le ballon d'un réfrigérant et chauffer à reflux pendant 30 minutes.
• Refroidir le mélange réactionnel.
• Verser le contenu du ballon dans une ampoule à décanter et ajouter 100 mL d'eau glacée.
• Agiter vigoureusement et laisser décanter. Eliminer la phase aqueuse.
• Laver la phase organique avec une solution saturée d'hydrogénocarbonate de sodium jusqu'à cessation
de l'effervescence, puis avec deux fois 50 mL d'eau.
• Sécher la phase organique avec du sulfate de magnésium anhydre.
• Distiller la phase organique et recueillir la fraction passant au dessus de 125 °C.
• Peser le produit obtenu. Soit m5 la masse obtenue.
• Effectuer une analyse en CPG.
• Mesurer l'indice de réfraction du produit obtenu.

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2. DONNEES (toutes les températures de changement d'état sont données sous une pression de 1,013 bar)
2.1 Synthèse de la saccharine
Produit Données physico-chimiques Phrases R et S
2-aminosulfonylbenzoate de
méthyle M = 215,23 g.mol-1 Tfus = 127 °C
Insoluble dans l'eau
Soluble dans l'acétone et l'éthanol
R22-36/37/38
S22-26-36/37/39
Saccharine M = 183,19 g.mol-1
Solubilité dans l'eau : 3,45 g.L-1 à 25 °C
40 g.L-1 à 100 °C
Soluble dans l'acétone et l'éthanol
pKa =2
R40
S36/37-45
Hydrogénocarbonate de sodium M = 84,00 g.mol-1
Soluble dans l'eau
Acide chlorhydrique M = 36,46 g.mol-1
Très soluble dans l'eau On utilise une solution
diluée.
Éthanol Miscible à l'eau en toutes proportions R11
S7-16
Triéthylamine R11-20/21/22-35
S3-16-26-29-36/37/39-45
Acétone R11-38-66-67
S9-16-26
1.2 Synthèse de l'éthanoate de 3-méthylbutyle
Produit Données physiques Phrases R et S
3-méthylbutan-1-ol M = 88,1 g.mol-1
Teb = 128 °C
4
20
d = 0,81
Très peu soluble dans l'eau
Azéotrope avec l'eau : Teb = 95 °C
R10-20
S24-25
Acide éthanoïque M = 60,1 g.mol-1
Teb = 118 °C
4
20
d = 1,05
Très soluble dans l'eau
Azéotrope avec l'eau : Teb = 77 °C
R10-35
S23-26-45
Éthanoate de 3-méthylbutyle M = 130,2 g.mol-1
Teb = 142 °C
4
20
d = 0,87
nD ≈ 1,4 (à mesurer)
Très peu soluble dans l'eau
Azéotrope avec l'eau : Teb = 94 °C
R10-66
S23-25

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3. QUESTIONS
3.1 Synthèse de la saccharine
Q1- Calculer les quantités de matière de 2-aminosulfonylbenzoate de méthyle et d'hydrogénocarbonate de
sodium introduites dans le tricol. En déduire la quantité de matière maximale attendue en ion saccharinate.
Q2- Expliquer pourquoi la disparition du trouble montre que la réaction a eu lieu.
Q3- Écrire les équations des réactions mises en jeu lors de l'ajout d'acide chlorhydrique.
Q4- Expliquer pourquoi il est important d'obtenir en fin de première étape un pH voisin de 1.
Q5- Calculer le rendement en produit brut et le rendement en produit purifié de la synthèse.
3.2 Synthèse d'un arôme artificiel de banane
Q6- Ecrire l'équation de la réaction mise en jeu.
Q7- Calculer les quantités de matière de 3-méthylbutan-1-ol et acide éthanoïque introduites dans le ballon
tricol. En déduire la masse maximale attendue d'éthanoate de 3-méthylbutyle.
Q8- Préciser le rôle de l'acide sulfurique.
Q9- Indiquer le rôle du lavage à la solution saturée d'hydrogénocarbonate de sodium. Ecrire les équations
des réactions mises en jeu.
Q10- Expliquer pourquoi on doit sécher la phase organique avec du sulfate de sodium anhydre avant la
distillation.
Q11- Calculer le rendement de la synthèse.
3.3 Contrôle de pureté
Q12- Commenter la plaque CCM obtenue.
Q13- Commenter l'analyse CPG réalisée et déduire le rendement corrigé.
3.4 Spectroscopie
Q14- Interpréter le spectre IR du 2-aminosulfonylbenzoate de méthyle (annexe 1, page 5/10).
Q15- Identifier les spectres IR du 3-méthylbutan-1-ol, de l'acide éthanoïque et de l'éthanoate de
3-méthylbutyle (annexe 2, page 6/10). Justifier la réponse.
Q16- Identifier les spectres de RMN du 13C du 3-méthylbutan-1-ol et de l'éthanoate de 3-méthylbutyle
(annexe 3, page 7/10). Justifier la réponse.

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ANNEXE 1
Spectre IR du 2-aminosulfonylbenzoate de méthyle