Enoncé TP N°6 - CPGE Brizeux

PCBrizeux
TPN°6
Altmayer-Henzien2015-2016
TPN°6:OXYDATIONDUMENTHOLENMENTHONEPARL'EAUDEJAVEL
Objectif : Le but de ce TP est de mettre en œuvre une réaction d'oxydation d'un composé
organiqueparunréactifdelaviecourante,etd'interpréterdifférentesétapesduprotocoleà
l'aidedediagrammespotentiel-pH.
I. Principegénéral
Lementhol((−)-menthollorsqu'ils'agitdel'extraitnaturel)estl'undesconstituantsdelamenthepoivrée
appartenantàlafamilledesterpènes.Sonproduitd'oxydation,lamenthone,estégalementcontenudans
la menthe mais en plus faible proportion, ou bien obtenue par synthèse par oxydation du menthol. Son
odeuretsasaveurenfontunarômetrèsutilisédanslesproduitsalimentaires.
Au cours de ce TP, on oxyde un alcool secondaire, le menthol (solide) en la cétone correspondante, la
menthone (liquide). L'oxydant utilisé est l'eau de Javel, qui est un mélange basique d'hypochlorite de
sodium(NaClO)etdechloruredesodium.
eau de Javel
HO
O
menthol
menthone II. Donnéesetconsignesdesécurité
Composé
Acideacétique
glacial
Menthol
Menthone
EaudeJavel
trèsconcentrée
Etherdiéthylique
Massemolaire
−1
(g·mol )
60,05
156,3
154,3
-
-
Densité
1,049
-
0,89
-
0,71
Température
d’ébullition(°C)
118
-
209
-
34
Solubilitédans
l'eau
-
soluble
peusoluble
soluble
-
Peutcauserde
gravesbrûlures
delapeauetdes
lésionsoculaires.
Toxiquepourla
vieaquatique.
Nocifpar
ingestion.Peut
causer
somnolenceet
vertige.
Très
inflammable.
Sécuritéet
remarques
Corrosif,
provoquede
gravesbrûlures.
Amanipuleravec
desgantsetdes
lunettes.
Inflammable.
Peutcauserune
irritationdela
peau.Risquede
lésionsoculaires.
Amanipuleravec
desgantsetdes
lunettes.
Nocifpar
ingestion.Peut
causerdes
irritations
oculairesetgêne
respiratoire.
Remarque:L'acideacétiqueglacialnesignifiepasqu'ilestà0°C,maisqu'ilestpurà99,5%.Ilestsurnommé
"glacial"carilatendanceàcristalliseràdestempératuresinférieuresà17°C.
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III. Manipulation
Consignes:
»
L’organisationlorsd’unTPdechimieorganiqueestprimordialeetpermetdefaireladifférenceentre
les candidats aux concours. Avant de commencer la manipulation, il est obligatoire de lire
intégralement l’énoncé. Les temps d’attente devront être exploités au mieux (anticipation des
prochaines étapes du protocole, rédaction du compte-rendu, préparation des calculs pour le
rendement…).
»
Il vous est demandé d’être particulièrement vigilants en ce qui concerne la sécurité. Les produits
doiventêtremanipulésaveclematériel de protectionadapté.Vousveillerezàcequevotrepaillasse
soitenpermanencepropreetbienrangée.
»
1. Synthèse
Introduire0,0125moldementholdansunballonde100mL.Placerleballondansunbaindeglaceet
surunagitateurmagnétique.
»
Yajouterenviron10mLd'acideacétiqueconcentré.Adapteruneampouledecouléeisobareetlancer
l'agitation.
»
Introduire10mLd'eaudeJavel(provenantd'unberlingot)dansl'ampouledecouléeetlaversersurle
contenu du ballon par petites portions. La solution prend une coloration jaune qui disparaît
progressivementpourconduireàunmélangeblanchâtre.Attendreladécolorationavantdeprocéderà
unnouvelajout.Laduréetotaledel'additiondureenviron10minutes.
»
L'eaudeJavelétantenexcès,lacouleurjaunenedoitplusdisparaîtreaprèsledernierajout.Al'aide
d'unebaguetteenverre,déposerunegouttedumélangesurunpapierimbibéd'unesolutiond'iodure
depotassium(=testauKI):silepapierbrunit,l'eaudeJaveletbienenexcès.Sinon,introduireune
quantitésupplémentaired'eaudeJaveljusqu'àcequeçasoitlecas.
»
Laisser agiter la solution à température ambiante pendant encore 5 min, puis ajouter une petite
spatule de sulfite de sodium Na2SO3. En ajouter une quantité suffisante pour que la solution vire du
jauneaublanc,etqueletestauKIsoitnégatif.
»
2. Traitementdelaréaction
Verserlemélangeréactionneldans20mLd'eauglacée.
»
Proposer un protocole permettant d'isoler la menthone et le mettre en oeuvre. Il faudra en outre
s'assurerd'avoiréliminél'aciderestant.Lemettreenoeuvreaprèsvalidationparleprofesseur.
»
3. Evaluationdelapuretéduproduitobtenu
Réaliser une chromatographie sur couche mince du produit obtenu. La CCM sera effectuée sur une
plaque de silice éluée dans un mélange 90/10 de cyclohexane/acétate d'éthyle. La révélation sera
effectuéeàl'aided'unesolutiondepermanganatedepotassium.
»
Proposer une deuxième méthode pour vérifier la pureté de la menthone synthétisée et la mettre en
oeuvre.
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IV. Questions
1. Ecrirelesdemi-équationsredoxainsiquel'équation-bilandelaréactioneffectuée,sachantquelecouple
duchloremisenjeuestHClO/Cl−.
2. Déterminerlamassedementholàpeser.
3. Faireunschémaannotédumontageutilisé.
4. Al'aidedesdocumentssuivants,calculerlaquantitédematièred'ionshypochloriteintroduite.
Doc1:Etiquetteduberlingot
Doc2:Principedudegréchlorométrique
L'eaudeJavelestunesolutionbasiqueéquimolairedechloruredesodiumNa++Cl−etd'hypochloritede
sodium Na+ + ClO−. L'eau de Javel est commercialisée sous plusieurs niveaux de dilution. La quantité de
chloreestexpriméeendegréchlorométriqueouenpourcentagedechloreactif.
»
Ledegréchlorométrique(°chl)d'uneeaudeJavel,utiliséessentiellementdanslespaysfrancophones,
estdéfinicommelevolumededichloregazeuxsusceptibled'êtrelibérédanslesconditionsnormales
de température et pression (20 °C et 1 bar) par rétrodismutation d'un litre d'eau de Javel mis en
présenced'unexcèsd'acide.
»
Le pourcentage de chlore actif rend compte de la quantité totale de dichlore utilisé lors de la
fabricationdel'eaudeJavel.
Ex:Unberlingotaffichant36°chlcontientunesolutionà9,6%enchloreactif.
5. La concentration des solutions d'eau de Javel est peu fiable : il a été noté que selon la date du
conditionnementduberlingot,lateneurréelledelasolutionenionshypochloritepeutêtreplusfaible
quecelleindiquéesurl'étiquette.Proposeruneexplicationàl'aidedesdiagrammesE-pHfournis.
6. Pourquoi est-il nécessaire de faire la réaction à froid ? Quelle réaction pourrait se produire à chaud ?
Donnerlesous-produitquiseraitalorsformé.
7. Pourquoiest-ilnécessaired'ajouterl'eaudeJavelparpetitesportions?Quelleestréactionpourraitse
produiresinon?
8. La réaction est exothermique. Comment modifier le montage pour l'améliorer ? Dessiner la nouvelle
version.D'aprèsvous,pourquoin'a-t-onpasutilisécetteversiondumontage?
9. ExpliquerleprincipedutestauKIàl'aidedesdiagrammesE-pHfournis.
10. Aquoisertlaspatuledesulfitedesodiumajoutéeàlafindelasynthèse?Donnerl'équationbilandela
réactionalorseffectuée.
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11. Décrireprécisémentleprotocolechoisipourletraitementdumilieuréactionnel,enexpliquantl'utilité
dechaqueétape.
12. Quelleestladifférenceentreuneextractionetunlavage?
13. Calculerlamassedementhoneattendueetdéterminerlerendementdelasynthèse.
14. ReproduirelaplaqueCCMaprèsrévélationetl'interprétertotalement.
15. Evaluerlapuretéduproduitsynthétiségrâceauxrésultatsdesmesureseffectuées.
16. Avecquelletechniquelamenthoneobtenueaurait-ellepuêtrepurifiée?
17. Identifier le spectre IR du menthol et celui de la menthone, en donnant dans chaque cas les bandes
caractéristiques.LamenthonedontlespectreIRestprésentéiciest-ellepure?
Annexes
SpectresIR:
Massesmolaires:(eng/mol)H:1,0
C:12,0
O:16,0
Cl:35,5
𝐼! /𝐼 ! :0,53
Donnéesredox:Potentielsstandard(enV):
𝐻𝐶𝑙𝑂/𝐶𝑙! :1,61
𝐶𝑙! /𝐶𝑙 ! :1,36
𝐻𝐶𝑙𝑂/𝐶𝑙 ! :1,48
𝑆𝑂!!! /𝑆𝑂!!! :−0,93
𝐼𝑂!! /𝐼! :1,19 4/5
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DiagrammesE-pHutiles:
DonnéesspectroscopiquesIR:
BilandescompétencesetcapacitésexpérimentalesmobiliséesdansceTP:
•
Mettreenœuvredesrèglesdesécuritéadéquates(Réaliser).
•
Mettreenœuvreuneextractionliquide-liquideetunlavageenjustifiantsonintérêt(Réaliseretanalyser).
•
Mettreenœuvreleséchaged’unliquideetévaporerlesolvantrésiduelàl’évaporateurrotatif(Réaliser).
•
Déterminerlerendementd’unesynthèse(Réaliseretvalider).
•
Mettre en oeuvre une analyse par chromatographie sur couche mince et interpréter le résultat (Réaliser et
valider).
•
Mesurerunindicederéfraction,exploiterlerésultat(Réaliseretvalider).
•
Confirmerunestructureàl’aidededonnéesspectroscopiques(Valider).
•
Résumersadémarcheetsesrésultatsàl’écritdefaçonclaireetcomplèteenfaisantapparaîtrelespointsclésdu
raisonnement(Communiquer).
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