TP5 - Oxydation d`un alcool

Année Scolaire 2016-2017
TPC2
TP 5
TP chimie 5 - Chimie organique : oxydation d’un alcool
Règles de sécurité usuelles : blouse, lunettes de protection, pas de lentilles de contact, cheveux longs
attachés, jambes couvertes, chaussures fermées.
La synthèse de l'acide benzoïque se fait par oxydation de l'alcool primaire correspondant (alcool benzylique) par un
oxydant puissant : le permanganate de potassium.
La réaction d'oxydation s'effectue en milieu basique et les ions
sont réduits à l'état de dioxyde de
manganèse solide
( ), et pas en ion manganèse
.
I. Mode opératoire de la synthèse
1. Oxydation de l'alcool benzylique
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Dans un ballon bicol de 100mL rodé, introduire une olive ou un barreau aimanté (ne pas le faire tomber mais
le faire glisser). Fixer le ballon à la potence par une pince à deux doigts.
Introduire à la pipette jaugée 1,0mL d’alcool benzylique, puis à l’éprouvette graduée 20mL de solution de
soude à 2mol · L .
Équiper le ballon avec un réfrigérant et une ampoule de coulée (cette dernière sera maintenue grâce à un clip
de fixation, et surmontée d’un bouchon). Ajouter à l’éprouvette 30mL de solution de permanganate de
potassium de concentration 0,50mol · L .
S’assurer qu’il n’y a aucune fuites au niveau du réfrigérant et de l’ampoule de coulée, puis placer le chauffeballon sur le support élévateur et le mettre en contact du ballon.
Chauffer à ébullition douce (fort chauffage au début pour lancer l’ébullition, puis ralentir), puis introduire
lentement (15 minutes environ) la totalité de la solution oxydante. Un précipité marron de dioxyde de
manganèse MnO (s) apparaît. Penser à noter d’éventuelles observations.
Laisser chauffer encore 10 minutes après la fin de l’addition de la solution oxydante puis retirer le chauffeballon.
Laisser refroidir un peu le milieu réactionnel en maintenant le réfrigérant en service.
Introduire par l’ampoule de coulée quelques mL (maximum 5) d’éthanol à 95° jusqu’à disparition de la teinte
violacée.
Nettoyer sans attendre l’ampoule de coulée avec de l’acide oxalique (pissette disponible, demander au prof.)
Plonger le ballon dans un cristallisoir contenant de l’eau et de la glace pour accélérer le refroidissement.
2. Précipitation de l'acide benzoïque
•
•
•
•
•
•
•
Filtrer sur Büchner le mélange obtenu ; on recueille en principe un filtrat limpide et incolore si tout le
permanganate a réagi et si tout le MnO2(s) est resté sur le papier filtre. Poursuivre tout de même si ce n’est pas
le cas.
Verser le filtrat dans un erlenmeyer à col très large, le maintenir par une pince, dans un bain d'eau glacée.
Rincer le Büchner.
Ajouter lentement et prudemment 10mL d'acide chlorhydrique concentré (lunette et gants). Attendre
quelques minutes que la cristallisation soit complète. Si le filtrat est encore violet ou brun, ajouter une pointe
de spatule de sulfite de sodium
! ( ) et agiter avec un barreau en verre.
Essorer l’ensemble sur Büchner. Rincer avec un peu d’eau froide (bien déconnecter le système d’aspiration
avant de verser l’eau froide puis triturer le solide avec une baguette en verre).
Récupérer les cristaux d'acide benzoïque dans une coupelle avec le papier filtre.
Sécher les cristaux à 80°C dans l'étuve. Nettoyer la paillasse pendant ce temps.
Récupérer les cristaux dans un récipient préalablement taré.
Lycée Jean Mermoz
1
Année Scolaire 2016-2017
TPC2
TP 5
II. Purification du produit par recristallisation
•
•
•
•
•
•
•
Mettre de côté quelques grains de solide non recristallisé, pour en prendre le point de fusion ultérieurement,
pour la CCM et pour en faire un spectre IR.
Placer l’acide benzoïque restant dans un ballon monocol de 100 mL et le recouvrir avec le minimum d’eau.
Installer le montage à reflux. Chauffer jusqu’à dissolution complète des cristaux. Rajouter de l’eau par le
sommet du réfrigérant s’il reste des cristaux non solubilisés au bout de quelques minutes.
Enlever le chauffe-ballon et laisser refroidir à l’ambiante. Observer la formation des cristaux d’acide benzoïque.
Finir le refroidissement dans un bain d’eau glacée.
Essorer sous vide, rincer avec un peu d'eau froide.
Récupérer les cristaux d'acide benzoïque dans une coupelle (préalablement tarée).
Sécher les cristaux à 80°C dans l'étuve. Peser la masse d'acide obtenue.
III. Analyses du produit obtenu
1. Détermination de la température de fusion
•
Déterminer le point de fusion du solide avant et après recristallisation sur le banc Köffler.
2. Chromatographie sur couche mince (CCM)
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
L'éluant est un mélange cyclohexane/éthanoate de butyle à 40 % / 60 % préparé à l’avance. On placera dans la
cuve de l’éluant de manière à avoir une hauteur de solvant de 1 cm environ.
Si l’intérieur de la cuve n’est pas saturé en vapeur d’éluant, l’éluant qui se déplace sur la plaque par capillarité
se vaporisera, retardant ainsi sa migration. L’éluant doit donc être préparé à l’avance afin que la cuve en soit
saturée. Un ruban de papier Joseph placé à l’intérieur de la cuve contre la paroi facilite cette saturation. Remuer
la cuve fermée pour que tout le papier soit imbibé rapidement.
Placer ensuite la cuve fermée dans un endroit accessible et calme (un coin de la paillasse). On gardera l'éluant
pour le groupe suivant.
Sur une plaque de silice, tracer un trait au crayon de papier à environ 2 cm du bas de la plaque et placer 3
points distants d’au moins 7 ou 8 mm du bord de la plaque et espacés d’au moins 7 ou 8 mm.
Préparer 4 tubes à essais comme suit :
o S1 : l’alcool benzylique commercial (une goutte dans ≈ 1 mL d'acétone) ;
o S2 : le produit brut avant recristallisation (une pointe de spatule dans ≈ 1 mL d'acétone) ;
o S3 : le produit recristallisé (une pointe de spatule dans ≈ 1 mL d'acétone) ;
o S3 : l’acide benzoïque commerciale (une pointe de spatule dans ≈ 1 mL d'acétone).
Faire 4 dépôts (utiliser un seul capillaire. Le bout du capillaire est nettoyé en le trempant dans un bécher
d’acétone puis en le plaçant contre un sopalin pour absorber l’acétone entre chaque dépôt). Chaque dépôt sera
fait en plongeant le capillaire dans le tube à essais : la solution monte par capillarité puis on pose doucement
l'extrémité du capillaire sur la plaque (sans appuyer) : un dépôt de 3 mm de diamètre suffit.
Vérifier que le dépôt est suffisant en passant la plaque sous la lampe UV avant l’élution : les taches de dépôt
doivent être bien visibles.
On fera attention de bien déposer la plaque quasi verticalement dans la cuve. Sinon la plaque risque de glisser,
noyant ainsi les dépôts dans l'éluant. Au cours de l'élution, la cuve ne doit plus être bougée. Le front de solvant
doit être parfaitement horizontal.
Arrêter l’élution lorsque le front du solvant arrive à ≈ 1 cm du bord supérieur de la plaque.
Retirer la plaque de la cuve et matérialiser au crayon de papier le front du solvant.
Révéler sous lampe UV. Entourer les taches avec un crayon. Repérer les différents dépôts par le numéro donné
ci-dessus et identifier les taches.
Mesurer les rapports frontaux.
Lycée Jean Mermoz
2
Année Scolaire 2016-2017
TPC2
TP 5
3. Spectroscopie infra-rouge
•
•
Enregistrer un spectre IR du produit obtenu avant et après recristallisation.
On donne les spectres de l’alcool benzylique et de l’acide benzoïque purs :
Lycée Jean Mermoz
3
Année Scolaire 2016-2017
TPC2
TP 5
Données :
•
Propriétés de l'acide benzoïque :
solubilité dans l'eau : 2,4#. % à 20°C et 68#. % à 95°C
solubilité du benzoate de sodium : 400#. % à 20°C
()* (+ℎ- ./+ℎ) = 4,2 à 25°C
point de fusion 1234 = 122°-
•
Propriétés de l'alcool benzylique :
masse volumique : 1,04#. 56 !
température d'ébullition : 178 = 90°-
•
Couples d'oxydoréduction :
/
: 9° = 1,69:
+ℎ- ./+ℎ-. . : 9° = −0,20:
•
Couples acidobasique :
- , . /.- ! :()* = 6,4
.- ! /- ! : ()* = 10,3
Lycée Jean Mermoz
4
Année Scolaire 2016-2017
TPC2
TP 5
TP chimie 5 - Chimie organique : oxydation d’un alcool
Compte-rendu
Pour tout compte-rendu de TP de chimie organique :
Préparez 2 copies : la première pour le compte-rendu expérimental (trame générale identique pour tous
les TP, voir ci-dessous), la seconde pour les réponses aux questions spécifiques au TP.
Commencer par écrire l’équation-bilan équilibrée avec la structure des molécules organiques et le(s) solvant(s) et
les conditions de la réaction, par exemple :
O
OH
O
+
OH
Toluène
Reflux, 1h
+ H2O
O
Ensuite, reproduisez le tableau suivant, que vous compléterez pour l’ensemble des composés chimiques
intervenant dans les manipulations (réactifs, produits, solvants). Les termes « réactifs, solvants, produits » sont à
remplacer par le nom des molécules du TP ; une ligne de tableau par molécule. Le symbole « × × × × × » dans le
tableau signifie que cette colonne ne s’applique pas à ce type d’espèce (réactif, solvant ou produit) :
nom
(et/ou
structure)
masse
molaire
Quantité à
introduire
(dans
le
protocole),
en g ou mL
et mol
Matériel à Quantité
employer
effectivement
(balance,
introduite
éprouvette,
pipette…)
Phrases
H et P
Pictogrammes quantité
attendue
pour
un
rendement
de 100 %
en g ou mL
et mol
×××××
×××××
Réactif
Solvant
Produit
×××××
×××××
×××××
Remarque : pour les phrases H et P, vous ne mettez que les numéros dans le tableau.
T °C de
fusion
(pour
les
solides)
××××
Puis vous décrivez vos étapes de manipulation successives succinctement (exemple : on introduit le réactif et le
solvant dans le ballon de réaction, puis on met au reflux pendant 30 minutes. On refroidit, puis on filtre le contenu
du ballon sous vide pour récupérer le filtrat, etc.), avec le schéma légendé du montage principal (ici le montage à
reflux). Notez également toutes les observations pertinentes : changements de couleur, d’aspect, apparition d’un
précipité…
Enfin, vous terminez par le calcul du rendement en produit obtenu, avec les caractérisations éventuelles du produit
(température de fusion, spectres, CCM…) et des commentaires sur le rendement et sur la pureté du produit.
Lycée Jean Mermoz
5
Année Scolaire 2016-2017
TPC2
TP 5
Pour ce TP en particulier : répondez également aux questions suivantes (sur une autre copie).
•
Partie 1 – synthèse :
1. Quel composé permet d’obtenir un milieu réactionnel basique ?
2. Ecrire les demi-équations électroniques traduisant l'oxydation, en milieu basique de l'alcool benzylique en ion
benzoate et la réduction des ions permanganates en dioxyde de manganèse.
En déduire l'équation-bilan de la réaction et calculer sa constante d'équilibre.
3. En milieu basique, justifier la formation des ions benzoate et non d'acide benzoïque.
4. Montrer que les ions permanganate sont bien introduits en excès.
5. Quel est le rôle de l'éthanol ? Quels sont les produits de la réaction avec les ions permanganate ?
6. Indiquer une des causes importantes du rendement relativement faible obtenu.
7. A quoi est due l'effervescence observée lors de l'ajout de l'acide chlorhydrique ? Ecrire l'équation-bilan.
8. Rappeler la différence entre filtration et essorage.
•
Partie 2 – purification et analyse :
9. Expliquer succinctement le principe de la recristallisation.
10. Commenter les spectres IR théoriques fournis (bandes caractéristiques des fonctions différentes sur les deux
molécules). Comparer les spectres de votre produit avant et après recristallisation, et comparer également ces
deux spectres avec le spectre du produit pur fourni. Comment un suivi de la réaction par IR pourrait-il être
envisagé ? (évolution d’une bande particulière ?)
11. Commenter l'allure du solide obtenu avant et après recristallisation.
12. Commenter la température de fusion et la variation de cette dernière avant et après recristallisation.
13. Commenter et analyser la CCM (comparaison des différents dépôts, rapports frontaux des différentes
molécules, réactif encore présent à la fin ou non…)
Lycée Jean Mermoz
6