preparation du propan-2-ol
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BACCALAUREAT TECHNOLOGIQUE - SESSION 2012 SCIENCES ET TECHNOLOGIES DE LABORATOIRE Spécialité : Chimie de Laboratoire et de Procédés industriels Epreuve Techniques de laboratoire Durée : 4 heures Coefficient : 7 SUJET N°29 PREPARATION DU PROPAN-2-OL Le propan–2–ol est obtenu par réduction de la propanone par le tétrahydruroborate de sodium (NaBH4). I DONNEES Propanone (acétone) Tétrahydruroborate sodium Propan–2–ol Éther diéthylique M = 58,1 g.mol–1 d = 0,79 ; Teb = 56 °C ; pureté = 96 % Miscible à l'eau et à la plupart des solvants organiques. Facilement inflammable. Nocif. de M = 37,8 g.mol–1 ; pureté en masse = 98 % Décomposition violente et exothermique avec l'eau. Insoluble dans les solvants organiques. Au contact de l'eau dégage un gaz inflammable. Nocif par ingestion. Provoque des brûlures par contact. M = 60,1 g.mol–1 Teb = 82 °C Assez soluble dans l'eau, miscible aux solvants organiques. Très peu soluble dans l'eau salée. Facilement inflammable. Nocif. M = 74,1 g.mol–1 Teb = 35 °C Non miscible à l'eau, miscible aux solvants organiques. Extrêmement inflammable. Peut former des peroxydes explosifs. NB: à la sortie d'une colonne apolaire les composés sont classés selon l'ordre croissant des températures d'ébullition. II. MODE OPERATOIRE 1. Réduction de la propanone • Introduire 5 g de tétrahydruroborate de sodium et un barreau aimanté dans un erlenmeyer rodé de 250 mL (bien sec). • Ajouter une allonge à deux voies, une ampoule de coulée et un condenseur à reflux. • Couler progressivement 60 mL de propanone, séchée sur sulfate de magnésium anhydre, en agitant. • Régler le débit de façon à maintenir le milieu réactionnel à ébullition douce, car l'addition est exothermique. Refroidir éventuellement dans un bain d’eau glacée. • Sans changer la température, agiter encore 10 min au plus après la fin de l'addition. Sujet 29 1/5 • Maintenir le refroidissement, puis couler lentement 60 mL d'eau (en excès) ; dans cette phase la température doit rester basse et l'agitation maintenue 10 min. 2. Obtention du propan-2-ol • Démonter et transvaser le contenu dans un becher. • Saturer le mélange réactionnel avec du chlorure de sodium, séparer la phase organique. Vérifier le pH de la phase aqueuse, à l'aide d'un papier indicateur, et noter sa valeur, pH1. • Peser la phase organique brute, soit m1 la masse obtenue. 3. Purification et contrôle de pureté • Sécher sur sulfate de magnésium anhydre et rectifier sous pression atmosphérique. Récupérer la fraction qui passe entre 80 et 85 °C. • Peser le produit rectifié, soit m2 la masse obtenue. • Mesurer l'indice de réfraction du produit purifié, en présence de l'examinateur. • Effectuer la correction de température pour donner l’indice à 20 °C grâce à la relation : n20 = nT + 0,00045 (T - 20), T en °C. III COMPTE RENDU Compléter la feuille de résultats donnée en page 5/5. 1. On indique que la réaction de réduction met en jeu 4 moles de propanone pour une mole de tétrahydruroborate de sodium et donne théoriquement 4 moles de propan–2–ol après hydrolyse. Calculer la quantité de matière totale des réactifs introduits. En déduire, en justifiant, le réactif limitant. Calculer la masse théorique de propan–2–ol attendue. 2. Expliquer pourquoi on utilise de la propanone séchée sur sulfate de magnésium anhydre. 3. Pour quelle raison faut–il régler soigneusement le débit d'écoulement du réactif ? 4. Indiquer le nom du traitement réalisé avec le chlorure de sodium (paragraphe 2.). Justifier son utilité dans ce cas. 5. Faire l'inventaire des espèces chimiques présentes dans les phases aqueuse et organique lors de la séparation. 6. La valeur de pH1 est nettement supérieure à 7. Expliquer pourquoi. 7. Donner les expressions des rendements : en produit brut, de la rectification et en produit rectifié. Calculer leurs valeurs. 8. Plusieurs chromatogrammes ont été réalisés en CPG sur le produit brut à différents moments et sur le produit purifié. Ils sont fournis en annexe 1, page 3/6. Indiquer la nature du composé correspondant au pic n°3 et celui correspondant au pic n°1. Justifier. 9. Les spectres IR de la propanone de départ et du propan–2–ol purifié sont fournis en annexe 2, page 4/6. Montrer, en analysant les spectres, que la réaction de réduction a bien eu lieu. 10. Proposer un test chimique simple qui permettrait de montrer que la fonction cétone a disparu au cours de la réaction. Sujet 29 2/5 ANNEXE 1 Chromatogrammes CPG du produit brut et rectifié La seringue utilisée est lavée à l'éther puis rincée avec l'échantillon entre chaque injection. L'appareil utilise une colonne apolaire. Produit brut non séché 2 Ether de lavage Air 1 3 temps de rétention Produit brut séché 2 Éther de lavage Air 1 temps de rétention Produit rectifié 2 Ether de lavage Air temps de rétention Sujet 29 3/5 ANNEXE 2 Spectres IR -1 Nombre d’onde (cm ) -1 Nombre d’onde (cm ) Sujet 29 4/5 NOM : PRENOM : FEUILLE DE RESULTATS Masse de produit brut : m1 = Masse de produit rectifié : m2 = Rendement en produit brut : R1 = Rendement de la rectification : R2 = Rendement en produit rectifié : R3 = Aspect du produit rectifié : Indice de réfraction : n= Indice de réfraction corrigé, à 20 °C : n20 = Sujet 29 à la température de °C 5/5
