SYNTHÈSE D`UNE CÉTONE PAR OXYDATION MÉNAGÉE D`UN

Chimie et développement durable
Partie 3 / Synthèses chimiques
Activité
expérimentale
Synthèse d’une phéromone
 Dans le cadre du développement durable, les chimistes cherchent à synthétiser certaines phéromones
afin de les utiliser pour piéger certains insectes et en remplacement d’insecticides.
utilisation de phéromones à la place d'insecticides
phéromones
insecticides
- Sélectivité dans le contrôle des nuisibles.
- Ne détruisent pas l'équilibre biologique : seule l'espèce
visée est sensible au traitement.
- Pas de pollution de l'environnement.
- Ne sont pas des poisons ; sont biodégradables.
- On ne connaît pas de résistance à ce traitement.
- Des quantités minimes sont nécessaires : 10
g pour attirer un insecte.
-18
-15
à 10
- Le coût est compétitif.
- Pas de sélectivité.
- Destruction de l'équilibre biologique (des insectes
utiles sont détruits).
- Pollution importante de l'environnement.
- En général poisons pour les animaux et l'homme.
Certains sont stables et s'accumulent dans les
organismes.
- La plupart entraînent le développement d'une
résistance.
-6
- Quantités utilisées importantes : 10 g pour tuer un
insecte.
- Coût très élevé. En 1978 la consommation mondiale a
6
été de 2 × 10 tonnes pour un montant de 12.5 milliards
de francs.
 L'octan-2-one (de formule C8H16O), est une de ces phéromones, sécrétée
notamment par les fourmis. Elle permet aux fourmis de suivre le même chemin.
O
La réaction de synthèse de cette hormone se fait à partir d’octan-2-ol (de formule C8H18O) et d’eau de
javel dans un milieu réactionnel acidifié à l’acide éthanoïque.
Présentation de la réaction
 L'eau de javel est une solution d'hypochlorite de sodium et de chlorure de sodium ; elle contient donc les
ions sodium Na+, chlorure Cl- et hypochlorite ClOEn présence d’acide éthanoïque, les ions hypochlorite se transforment en acide hypochloreux
-
Réaction (1) : ClO + CH3COOH
→
ClOH + CH3COO-
L’acide hypochloreux ClOH formé réagit ensuite avec l’octan-2-ol pour former la cétone :
Réaction (2) : C8H18O + ClOH
→ C8H16O + H+ + Cl- + H2O
Données physico-chimiques.
Densité
M (g.mol )
d
Solubilité
dans l’eau*
130,23
0,819
faible
très faible
128
0,819
faible
très faible
60,05
1,049
forte
forte
-1
Octan-2-ol
Octan-2-one
Acide éthanoïque
* décroit avec la température
Solubilité dans
l’eau salée*
Montage expérimental.
►►Test préliminaire
Test « T » : mise en évidence de la présence de l’eau de Javel
- Verser dans un bécher un peu d’une solution contenant des ions iodure
- Rajouter un peu d’eau de Javel
- Rajouter de l’empois d’amidon
►►Synthèse
- Réaliser ce montage :
Le ballon bicol, placé dans un cristallisoir contenant un mélange eau + glace pilée
L'ensemble bicol + cristallisoir est posé sur un agitateur magnétique.
Un thermomètre est fixé à l'un des cols du ballon
Une ampoule graduée est adaptée sur l'autre col du ballon
et permet de verser lentement l'eau de javel dans le mélange octan-2ol et acide acétique.
-Introduire dans le ballon le turbulent et, sous la hotte :
5,0 mL d'octan-2-ol, avec une pipette jaugée
10 mL d'acide éthanoïque avec une éprouvette graduée
- Mettre l'agitateur magnétique en fonctionnement (doucement !!!)
- Introduire dans l’ampoule de coulée 80 mL d'eau de javel dans laquelle [ClO-] = 1,4 mol.L-1.
- Lorsque la température est inférieure à 15°C, faire couler l'eau de javel goutte à goutte en veillant à ne
pas dépasser la température de 25°C . La durée de cette opération est environ 10 minutes.
- Lorsque les 80 mL de Javel ont été versés, enlever le cristallisoir et laisser revenir à la température ambiante tout en agitant pendant 15 minutes. Enlever l'ampoule de coulée et la rincer.
- La solution doit rester de couleur jaunâtre ce qui prouve que l'eau de javel est en excès par rapport à
l'octan-2-ol : prélever à l’aide d’une pipette un peu de la solution contenue dans le ballon et vérifier la présence d’eau de Javel en réalisant le test « T »
- Si l'eau de javel n'est pas en excès, ajouter quelques mL d'eau de javel dans le mélange réactionnel et
vérifier l'excès en réalisant le test « T »
- En fin de synthèse, remettre l'ampoule de coulée en place et y placer environ 5 mL d'une solution d'hydrogénosulfite de sodium (Na++ HSO3-).
- Faire couler goutte à goutte la solution d'hydrogénosulfite de sodium dans le mélange réactionnel jusqu'à
décoloration totale de la solution. Vérifier l’absence d’eau de Javel en réalisant le test « T ».
►► Séparation de la phase organique
- Récupérer le turbulent.
- Transvaser le contenu du ballon à l'aide d'un entonnoir dans l'ampoule à décanter, rincer le ballon avec
20 mL d'eau distillée froide et récupérer cette eau de lavage dans l'ampoule à décanter.
- Ajouter dans l'ampoule à décanter 50 mL d'une solution aqueuse de chlorure de sodium saturée préalablement refroidie dans le bain eau + glace pilée.
- Agiter l'ampoule à décanter et laisser reposer quelques minutes afin de séparer la phase aqueuse et la
phase organique.
- Éliminer la phase aqueuse. La phase organique est peu abondante.
►► Lavage de la phase organique
- Laver la phase organique avec 50 mL d'une solution d'hydrogénocarbonate de sodium à 5 %, solution
préalablement refroidie dans le bain réfrigérant. Attention au dégagement gazeux !!
- Lorsque le dégagement gazeux est atténué, agiter l'ampoule à décanter en dégazant l'ampoule plusieurs
fois. Laisser reposer et éliminer la phase aqueuse.
- Laver une dernière fois la phase organique avec 50 mL d'une solution aqueuse de chlorure de sodium
saturée, préalablement refroidie dans le bain réfrigérant. Éliminer la phase aqueuse et recueillir la phase
organique dans un erlenmeyer propre.
►► Séchage de la phase organique
- Sécher la phase organique avec un sel anhydre comme par exemple du sulfate de magnésium anhydre
(ou du sulfate de sodium anhydre).
- Laisser décanter et transvaser lentement l'octan-2-one dans une éprouvette de 10 mL.
►► Caractérisation du groupe carbonyle de la cétone obtenue
- Dans un tube à essai, verser environ 2 mL de solution de D.N.P.H. et y ajouter quelques gouttes d'octan-2-ol. Agiter le tube à essai et observer
- Refaire la même opération avec quelques gouttes du liquide organique obtenu au cours de cette synthèse et comparer au précédent.
Quelques questions…
►► Sur les molécules
→ Donner les formules semi-développées des molécules d’octan-2-ol, d’octan-2-one et d’acide éthanoïque ; entourer les groupes caractéristiques présents dans ces molécules
►► Sur le test préliminaire
→ Qu’observe-t-on lors de ce test ? Que peut-on en déduire ?
→ Ecrire l’équation de cette réaction sachant que c’est une réaction d’oxydoréduction entre les deux
couples I2/I- et ClO-/Cl-
►► Sur la synthèse
→ Montrer que la réaction (1) est une réaction acido-basique ; quels sont les couples acide/base qui interviennent ?
→ Montrer que la réaction (2) est une réaction d’oxydoréduction ; quels sont les couples oxydant/réducteur
qui interviennent ? L’octan-2-ol a-t-il été oxydé ou réduit lors de la réaction ?
→ Calculer les quantités d’octan-2-ol, d’acide éthanoïque et d’ions hypochlorite introduits initialement dans
le ballon.
→ Sachant que l’octan-2-ol est le réactif en défaut, quelle est la quantité d’octan-2-one formée lors de la
réaction(2) ? En déduire la masse et le volume d’octan-2-one synthétisée.
→ Calculer le rendement de la réaction
→ L’hydrogénosulfite de sodium versé en fin de réaction permet de consommer l’acide hypochloreux en
excès suivant la réaction :
ClOH + HSO3- → SO42- + Cl- + 2 H+
Montrer que cette réaction est une réaction d’oxydoréduction entre les couples ClOH / Cl- et SO42- / HSO3-
►► Sur la séparation de la phase organique
→ Pourquoi utilise-t-on de l’eau salée froide lors de cette étape ?
→ Où se trouvent les phases aqueuses et organiques dans l’ampoule à décanter ?
►► Sur le lavage de la phase organique
→ La solution d’hydrogénocarbonate de sodium permet de réagir avec l’acide éthanoique en excès ; une
réaction acido-basique se passe alors entre les couples CH3COOH/CH3COO- et CO2 ,H2O /HCO3-. Ecrire
l’équation de la réaction. Quelle est la nature du gaz qui se dégage ? Comment pourrait-on l’identifier ?
►► Sur le séchage de la phase organique
→ Quel est le rôle du sel anhydre utilisé pour l’opération de séchage de la phase organique ?
►► Sur la caractérisation du groupe carbonyle de la cétone obtenue
→ Quels types de composés organiques, la D.N.P.H permet-elle de mettre en évidence ?