Synthèse organique

TP#Chimie#-#PCSI#2016-2017#
!
1#
TP#4#:#SYNTHESE#ORGANIQUE#
OU#COMMENT#ISOLER#DES#PRODUITS#A#L’ISSUE#D’UNE#SYNTHESE#?#
#
Objectifs*:**
ü Consolider# les# acquis# expérimentaux# du# lycée# en# redécouvrant# des# montages# et# méthodes# expérimentales# très#
fréquemment#utilisés#en#synthèse#organique.*
ü Utiliser#les#connaissances#acquises#sur#les#forces#intermoléculaires#et#la#solubilité#pour#comprendre#des#protocoles#de#
séparation.#*
ü Apprendre#à#rédiger#un#compte#rendu#en#chimie#organique.*
#
INTRODUCTION#:#LA#REACTION#DE#CANNIZZARO#
Le#benzaldéhyde#est#utilisé#dans#l’industrie#agro-alimentaire#comme#arôme#(odeur#d’amande#amère).##
En#présence# d’une#solution#aqueuse# d’hydroxyde#de# potassium# (K+,# HO-),#le#benzaldéhyde#est# susceptible#de# réagir# sur# lui#
même#selon#la#réaction#de#Cannizzaro#:##
#
On#forme#l’alcool*benzylique#(antiseptique#à#large#spectre#bactéricide#et#fongicide)#ainsi#que#l’ion#benzoate,#base#conjuguée#
de# l’acide* benzoïque#(couple# C6H5COOH/C6H5COO-).# L’acide# benzoïque# est# utilisé# comme#conservateur# et# agent# fongicide#
dans#de#nombreuses#boissons#«#light#»#sous#la#codification#E210.#
Document#1#:#Données#physiques#et#sécurité#
Produit*
Tfus*
(°C)*
Teb*
(°C)*
Masse*
molaire*
(g.mol-1)*
Densité*
Solubilité*
Autre*
Sécurité*
Benzaldéhyde#
-56#
178#
106#
1,04#
• Solubilité#dans#l’eau#:#
faible##
• Très#soluble#dans#l’éther#
diéthylique#
Miscible#avec#
l’alcool#
benzylique#
Nocif#en#cas#
d’ingestion.#
Provoque#une#
irritation#des#yeux.#
Alcool#
benzylique#
-15#
205#
108#
1,04#
• Solubilité#dans#l’eau#
assez#faible#(40#g.L-1#à#
17°C)#
• Très#soluble#dans#l’éther#
diéthylique#
Indice#de#
réfraction#
nD
25 =1,5384
#
Nocif#en#cas#
d'ingestion#ou#
d'inhalation.#
Acide#
benzoïque#
(C6H5COOH)#
122#
#
122#
#
• Solubilité#dans#l’eau#:#
1,5#g.L-1#à#10°C#
2,4#g.L-1#à#25°C#
68#g.L-1#à#95°C#
• Solubilité#dans#
l’ether#diéthylique#:#faible#
(2,4#g.L-1#à#25°C)#
Couple#
C6H5COOH/#
C6H5COO-
#:#
pKa#=#4,2#
#
#
Nocif#en#cas#d’ingestion.#
Irritant#pour#les#yeux.#
#
Benzoate#de#
potassium#
(C6H5COO-,#K+)#
#
#
#
#
• Très#soluble#dans#l’eau##
(400#g.L-1#à#20#°C)#
• Insoluble#dans#l’ether#
diéthylique#
Base#
conjuguée#de#
l’acide#
benzoïque#
#
Provoque#une#irritation#
des#yeux.#
Ether#
diéthylique#
#
35#
#
0,70#
Faiblement#miscible#avec#
l’eau#(60,4#g.L-1#à#25#°C)#
Permittivité#
relative#:##
εr#=#4#
(pour#l’eau#:#εr#
=#82)#
Liquide#et#vapeurs#
inflammables#
Nocif#en#cas#
d'ingestion#
Peut#provoquer#
somnolence#ou#
vertiges#
*
Attention*:*Porter*des*gants*lors*de*la*manipulation*de*milieux*très*basiques*ou*très*acides.!!
O
H
2+HO-
O
OOH
+

TP#Chimie#-#PCSI#2016-2017#
!
2#
I.#TRAVAIL#PREPARATOIRE#
A*la*séance*1*:**
1) Dans#quel#état#physique#est#l’alcool#benzylique#à#la#température#du#laboratoire#?#L’acide#benzoïque#?#Justifier.##
C’est#sous#ces#formes#qu’il#faudra#les#récupérer#en#fin#de#TP.##
#
#
#
#
#
2) Remplir#le#tableau#d’engagement#situé#dans#le#compte-rendu.#
#
3) Regarder#la#vidéo#présentant#l’évaporateur*rotatif.##
#
!""#$%%&&&'()*)+,-'".%./012%"1+134(/1*(14%1.)#25)"1-5652")"/7'89:;<=
=
A*la*séance*2*:**
Document#2#:#diagramme#de#prédominance#d’un#couple#acide/base#
Soit#AH/A-#un#couple#acide/base#dont#le#pKa#est#donné.#Le#diagramme#de#prédominance#est#représenté#ci-dessous#:##
#
####################################AH#prédomine################### # ####
A−
#prédomine## # #
## # #####################################################################################################pH#
##########################pH#=#pKa#
#
4) Tracer#le#diagramme#de#prédominance#de#l’acide#benzoïque.##
#
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5) Expliquer#brièvement#pourquoi#:#
• l’acide#benzoïque#est#peu#soluble#dans#l’eau#
#
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#
• le#benzoate#de#potassium#est#très#soluble#dans#l’eau,#mais#insoluble#dans#l’ether#diéthylique#
#
#
#
#
#
#
6) Regarder#la#vidéo#présentant#l’utilisation#du#banc#Kofler.!#
!""#4$%%&&&'>2-"-?1'(2@%&)"(!A.B;CD*EFG+HI9=
#
II.#PROTOCOLE#
Le#flacon#qui#se#trouve#sur#votre#paillasse#contient#le#milieu#réactionnel#à#l’issue#d’une#réaction#de#Cannizzaro#réalisée#dans#
les#conditions#suivantes#:##
Manipulation*réalisée*à*l’avance*par*les*techniciens*
Introduire# 10# mL# de# benzaldéhyde# et# la#solution# froide# obtenue# en# dissolvant# 10g#de# pastilles# d’hydroxyde# de#
potassium#(KOH)# dans# 40# mL# d’eau.# Agiter#jusqu’à# obtention# d’une# émulsion# persistante.# Laisser# le# flacon# au# repos#
pendant#48#heures.#
#
Vous#disposez#du#mélange#obtenu#à#l’issue#de#la#réaction.#Ce#mélange,#non#traité,#est#appelé#brut*réactionnel.*

TP#Chimie#-#PCSI#2016-2017#
!
3#
Manipulation*guidée*1*:*Séparation*du*brut*réactionnel*en*deux*phases*
-#Vérifier#que#le#brut#réactionnel#est#homogène.#On#pourra#rajouter#jusqu’à#20#mL#d’eau#si#ce#n’est#pas#le#cas.*
-#Ajouter#25#mL#d’éther#diéthylique.##
-#Séparer#la#phase#aqueuse#de#la#phase#organique#à#l’aide#de#l’ampoule#à#décanter.##
-#Extraire#de#nouveau#la#phase#aqueuse#avec#25#mL#d’éther#diéthylique.##
-#Placer#la#phase#aqueuse#dans#le#flacon#prévu#à#cet#effet#:#à#conserver#pour#la#séance#suivante.##
#
Manipulation*guidée*2*:*Traitement*de*la*phase*organique*à*obtention*de*l’alcool*benzylique*
-#Sécher#la#phase#organique#à#l’aide#de#sulfate#de#magnésium#anhydre.#
-#Une#fois#le#séchage#achevé,#filtrer#sur#papier#filtre#plissé#de#manière#à#récupérer#la#phase#organique#dans#un#ballon#
rôdé#préalablement#taré.###
-#Evaporer#le#solvant#à#l’évaporateur#rotatif.##
-#Peser#le#produit#isolé#
#
Manipulation*guidée*3*:*Analyse*de*l’alcool*benzylique*obtenu*
- Mesurer#l’indice#de#réfraction#du#liquide#obtenu#
- Effectuer#une#chromatographie#sur#couche#mince#sur#gel#de#silice#(CCM).##
########################Solvant#:#éther#(éthoxyéthane)##
************Eluant#:#Cyclohexane/acétone#:#2/1#
Dépôts#:##
Ø Solutions#de#benzaldéhyde#commercial#et#d'alcool#benzylique#commercial#(solutions#fournies). #
Ø Solution# d’alcool# benzylique# (à# préparer# de# la# manière# suivante#:# dans# un# petit# bécher,# sur# la# balance,#
placer#1#g#de#produit#puis#compléter#à#10#g#avec#de#l’éther#diéthylique).#
- Faire#réaliser#un#spectre#infrarouge#du#produit#obtenu.#
#
Fin#de#la#séance#1.#Complétez#le#compte-rendu#fourni.#
#
Manipulation*guidée*4*:*Traitement*de*la*phase*aqueuse*à*obtention*de*l’acide*benzoïque*
- Placer#la#phase#aqueuse#dans#un#erlenmeyer.#
- Mettre#l’erlenmeyer#dans#un#bain#de#glace#après#avoir#introduit#un#barreau#aimanté#et#acidifier#lentement#son#
contenu#sous*la*hotte#à#l’aide#d’une#solution#d’acide#chlorhydrique#à#6#mol.L-1#(jusqu’à#pH#<#2#:#contrôler#le#pH#à#l’aide#
de#papier#pH.#Volume#à#ajoute#:#quelques#mL).#Agiter#pendant#cette#opération.#GANTS*ET*LUNETTES*OBLIGATOIRES.#
- Laisser#refroidir#puis#essorer#sur#entonnoir#Büchner#
- Laver#le#produit#avec#un#peu#d’eau#glacée.#Essorer#à#nouveau.#
- Placer#le#produit#à#l’étuve*.#
- Peser#le#produit#sec#
*#La#chromatographie#présentée#dans#la#manipulation#5#peut#être#réalisée#pendant#que#le#produit#est#à#l’étuve.#
#
Manipulation*guidée*5*:*Analyse*de*l’acide*benzoïque*obtenu*
- Mesurer#la#température#de#fusion#du#solide#obtenu#(une#fois#sec).#
- Effectuer#une#chromatographie#sur#couche#mince#sur#gel#de#silice#(CCM).* #
############################Solvant#:#éther#(éthoxyéthane)##
Eluant#:#Cyclohexane/acétone#:#2/1#
Dépôts#:##
Ø Solutions#de#benzaldéhyde#commercial#et#d’acide#benzoïque#commercial#(solutions#fournies).##
Ø Solution#d’acide#benzoïque#(à#préparer#de#la#manière#suivante#:#dans#un#petit#bécher,#sur#la#balance,#
placer#0,5g#de#produit#puis#compléter#à#10g#avec#de#l’éther#diéthylique).#
- Faire#réaliser#un#spectre#infrarouge#du#produit#obtenu.##
# # #
Fin#de#la#séance#2.#Complétez#le#compte-rendu#fourni.#
Boite*à*outils*
Toutes#les#techniques#dont#vous#avez#besoin#sont#expliquées#dans#la#fiche#«#Techniques#de#base#en#chimie#organique#».#

TP#Chimie#-#PCSI#2016-2017#
!
4#
III.#BILAN#ELEVE#(EN#FIN#DE#TP)#
#
1) Remplir#le#tableau#ci-dessous#:#il#permettra#de#faire#le#point#des#techniques#maitrisées#en#vue#des#concours.##
=
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=
2) Remplir#le#bilan#ci-dessous#
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=
!
IV.#EVALUATION#PAR#L’ENSEIGNANT#
Technique#à#maitriser#
Oui##
Non#
Réaliser#une#extraction#liquide-liquide#
#
#
Sécher#une#phase#organique#
#
#
Utiliser#l’évaporateur#rotatif##
#
#
Mesurer#un#indice#de#réfraction##
#
#
Réaliser#un#essorage#sur#Büchner#
#
#
Contrôler#un#pH#
#
#
Faire#une#CCM#
#
#
Utiliser#un#banc#Köfler#
#
#
=
Evaluation*par*l’enseignant*
Maitr
isé*
A*
revoir*
Commentaires*
JK)##
52#5/
15=
Extraire#les#informations#utiles#des#documents#
#
#
#
#
#
#
#
Calculer#des#quantités#de#matière#à#partir#d’un#protocole#
#
#
L*)+>415=
Justifier#les#gestes#effectués#et#les#choix#expérimentaux##
#
#
Choisir#un#produit#pour#étalonner#le#banc#Kofler##
#
#
Analyser#un#spectre#IR#
#
#
Calculer#des#rapports#frontaux#
#
#
MN)
+/41
5=
Maitriser#les#gestes#techniques#
#
#
O)P/015=
Exploiter#les#analyses,#comparer#aux#valeurs#tabulées#
#
#
Présenter#un#résultat#de#mesure#muni#de#son#incertitude#
#
#
Interpréter#les#résultats#d’une#CCM#
#
#
Calculer#un#rendement#
#
#
Proposer#des#améliorations##
#
#
Q2@=
Rédiger#un#compte-rendu#claire#et#complet#
#
#
Faire#des#schémas#clairs#et#pertinents#
#
#
Gestion#du#temps#(être#efficace,#rapide#et#autonome)#
#
#
Paillasse#propre#et#déchets#bien#gérés#
#
#
Sécurité#
#
#
Difficultés*techniques,*points*délicats*:*indiquer*les*éléments*à*retenir*pour*vos*révisions*(au*moins*trois)*
=

TP#Chimie#-#PCSI#2016-2017#
!
5#
Compte-rendu# ## # #
#
Pour#ce#premier#TP#de#chimie#organique,#le#compte-rendu#est#pré-rempli.#Il#s’agit#d’un#modèle#pour#les#TP#à#venir.#
#
Présentation*de*la*réaction*réalisée*
#
Bilan*:**
#
#
Tableau*d’engagement*:**
Q1=")?+1)-=51(1*41=+14=R-)*"/"N4=01=5N)("/74=/*"520-/"14=)-=0N?-"=01=+)=5N)("/2*'=P+=#15@1"=0K/01*"/7/15=+1=5N)("/7=+/@/")*"S=01=
0N"15@/*15=+14=R-)*"/"N4=@)T/@)+14=01=#520-/"4=R-1=+K2*=#1-"=)""1*051U=
Espèces*chimiques*
Quantités*engagées*
Quantités*restantes*
ou*quantité*formée*si*
transformation*totale*
Rôle*?*(réactif*limitant,*réactif*
en*excès,*solvant,*catalyseur,*…)*
!
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Aspect#et#composition#du#brut#réactionnel#en#fin#de#réaction#:##
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O
H
2+HO-
O
OOH
+