T°SI 2015/ 2016 CONTEXTE: → En chimie organique, l`opérateur
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T°SI CHIMIE TROISIEME PARTIE : « TRANSFORMATIONS CHIMIQUES DE LA MATIERE » 2015 / 2016 TP SUR LE CHAPITRE 9 « LE PARAMETRE TEMPS DANS LES TRANSFORMATIONS CHIMIQUES : CINETIQUE ET CATALYSE » COMPETENCE EXIGIBLE OFFICIELLE Mettre en œuvre une démarche expérimentale pour suivre dans le temps une synthèse organique par CCM et en estimer la durée. COMPETENCES DE LA DEMARCHE SCIENTIFIQUE MISES EN JEU AVEC LES PRINCIPALES CAPACITES ET ATTITUDES ASSOCIEES APP Mobiliser ses connaissances. Exploiter ses connaissances et des informations extraites. ANA Proposer un protocole expérimental permettant de répondre à une problématique. REA Mettre en œuvre un protocole imaginé. VAL Interpréter des résultats expérimentaux. COM Rédiger à l’écrit un compte-rendu. Travailler efficacement seul ou en équipe avec discernement et responsabilité. AUT Prendre des initiatives. Mobiliser sa curiosité et /ou sa créativité. SUIVI CINETIQUE QUALITATIF D’UNE REACTION LENTE PAR CHROMATOGRAPHIE SUR COUCHE MINCE (CCM) CONTEXTE : En chimie organique, l’opérateur est confronté à des réactions qui ne sont pas toujours très rapides. Il est alors amené à s’interroger sur la durée nécessaire pour que la transformation soit considérée comme terminée. Pour cela, il peut étudier la bibliographie scientifique ou alors utiliser une technique du suivi cinétique. Cette technique ne doit pas consommer beaucoup de produit et être rapide à mettre en œuvre : la chromatographie sur couche mince (CCM) est particulièrement bien adaptée. L’huile essentielle de jasmin, très couramment utilisée en parfumerie, est obtenue par extraction à l’aide de solvants volatils des fleurs de jasmin. Cette huile essentielle contient un ester : l’éthanoate de benzyle. L’extraction et la séparation étant des opérations coûteuses et complexes, leur synthèse est une alternative utilisée en parfumerie et dans l’agroalimentaire. On se propose de synthétiser l’éthanoate de benzyle et d’effectuer un suivi temporel de la réaction par chromatographie sur couche mince (CCM) pour évaluer l’instant à partir duquel la transformation est terminée. DOCUMENTS MIS A DISPOSITION : DOCUMENT N°1 : PROTOCOLE DE SYNTHESE DE L’ETHANOATE DE DOCUMENT N°4 : SCHEMA ANNOTE D’UN MONTAGE CHAUFFAGE A BENZYLE REFLUX Introduire dans un ballon bicol bien sec 15 mL de cyclohexane, 10 mL d’alcool benzylique et 25 mL d’anhydride éthanoïque. Ajouter quelques grains de pierre ponce. Chauffer à reflux. DOCUMENT N°2 : EQUATION DE LA REACTION DE LA SYNTHESE DE L’ETHANOATE DE BENZYLE C4H6O3 + C7H8O C9H10O2 + C2H4O2 DOCUMENT N°3 : DEUX GROUPES CARACTERISTIQUES UTILES ECRITS EN FORMULES TOPOLOGIQUES Groupe anhydride d’acide : Groupe benzyle : DOCUMENT N°5 : DONNEES CONCERNANT LES ESPECES CHIMIQUES MISES EN JEU M = 102 g.mol–1 d = 1,08 Teb = 139°C Soluble dans l’eau et dans le cyclohexane Anhydride éthanoïque C4H6O3 M = 108 g.mol–1 d = 1,04 Teb = 205°C Soluble dans le cyclohexane M = 150 g.mol–1 d = 1,1 Teb = 212°C Soluble dans le cyclohexane Alcool benzylique C7H8O Ethanoate de benzyle C9H10O2 M = 84 g.mol–1 d = 0,78 Teb = 81°C Insoluble dans l’eau Cyclohexane C6H12 M = 60 g.mol–1 d = 1,08 Teb = 117,9°C Soluble dans l’eau Acide éthanoïque C2H4O2 DOCUMENT N°6 : GENERALITES SUR LA CHROMATOGRAPHIE SUR COUCHE MINCE (CCM) La chromatographie est une technique de SÉPARATION et d’IDENTIFICATION d’espèces chimiques issues d’un mélange. Elle est basée sur les différences d’affinités que possèdent les espèces chimiques du mélange pour les deux phases : la phase stationnaire ou plaque à CCM ; la phase mobile ou éluant. La chromatographie sur couche mince est une chromatographie d’ADSORPTION basée sur la formation de liaisons momentanées entre les espèces chimiques des dépôts et la phase stationnaire. La façon dont chaque espèce chimique migre dépend de son adsorption sur la phase stationnaire et de sa solubilité dans la phase mobile, cette dernière montant dans la phase stationnaire par capillarité. La séparation est alors basée sur la différence de vitesse de déplacement des espèces chimiques sur la phase stationnaire. Chaque constituant d’un mélange mis en évidence par une tache est caractérisé, pour une phase stationnaire et un éluant donné, par un rapport frontal noté Rf et défini par : Rf distance parcourue par le constituan t h distance parcourue par l' éluant H Dans le cas d’espèces incolores présentes dans le mélange, la révélation consiste à faire apparaitre les tâches correspondant à ces espèces. Deux types de méthode peuvent être utilisés : la révélation aux UV ; les méthodes chimiques : solution de permanganate de potassium ou vapeurs de diiode. TRAVAIL A EFFECTUER : Q1) S’APPROPRIER ET COMMUNIQUER. Q1a) Ecrire avec les formules semi-développées l’équation de la synthèse de l’éthanoate de benzyle. Entourer et nommer les groupes caractéristiques. Q1b) La synthèse de l’éthanoate de benzyle est-elle une réaction de substitution ou d’addition ou d’élimination ? Justifier. Q1c) Le cyclohexane utilisé dans le protocole expérimental de cette synthèse joue le rôle de solvant. Justifier ce rôle. Q1d) Dans un montage chauffage à reflux, quel est le rôle du réfrigérant ? Du chauffage ? Des grains de pierre ponce ? Q1e) Annoter le schéma du document n°6 en utilisant les mots suivants : éluant / plaque à CCM / dépôt / constituants du mélange / ligne de front de l’éluant / cuve à élution / couvercle / ligne de dépôt / phase stationnaire / phase mobile. APPEL N°1 Q2) ANALYSER, REALISER ET COMMUNIQUER. Q2a) L’alcool benzylique est le réactif limitant. Indiquer les espèces chimiques présentes dans le ballon bicol : Au cours de la transformation d’une part ; Dans l’état final d’autre part. Q2b) Comment peut-on savoir si la réaction est terminée ? Q2c) Proposer alors un protocole expérimental pour suivre dans le temps la synthèse de l’éthanoate de benzyle et estimer ainsi la durée de cette synthèse. APPEL N°2 Q3) APPELER VOTRE PROFESSEUR POUR LUI PRESENTER VOTRE APPROPRIATION OU EN CAS DE DIFFICULTE APPELER VOTRE PROFESSEUR POUR LUI PRESENTER VOTRE ANALYSE OU EN CAS DE DIFFICULTE REALISER, VALIDER ET COMMUNIQUER. Q3a) Réaliser la synthèse de l’éthanoate de benzyle. Q3b) Estimer la durée en mettant en œuvre le protocole expérimental proposé en Q2c). Q3c) On donne ci-dessous le mécanisme réactionnel de la synthèse de l’éthanoate de benzyle. Représenter en bleu les flèches courbes qui traduisent la formation des liaisons covalentes et en rouge les flèches courbes qui traduisent la rupture des liaisons covalentes dans chacune des étapes ci-dessus (R représente le groupe méthyle CH3 et R’ représente le groupe benzyle C6H5–CH2). APPEL N°3 APPELER VOTRE PROFESSEUR POUR LUI PRESENTER VOTRE REALISATION ET VOTRE VALIDATION OU EN CAS DE DIFFICULTE *****
