annexe iii - UOCHM21232523F2015

ANNEXE III EXTRACTION L’ampoule à extraction est fragile et dispendieuse. Elle se brise facilement près du robinet. Lorsqu’elle est pleine de solvants, elle n’est pas équilibrée et elle est lourde. L’ampoule à extraction doit être convenablement supportée par un anneau ou une pince. NE JAMAIS LAISSER UNE AMPOULE À EXTRACTION DANS UN BÉCHER OU UN ERLEN. Votre casier contient un support en bois spécialement conçu pour tenir les ampoules à extraction. UTILISEZ-­‐LE. Voici un résumé de la technique d’extraction : §
Technique employée pour séparer les divers constituants d’un mélange. § Elle est fondée sur les différences de solubilité des constituants dans deux solvants immiscibles. § L’extraction implique habituellement le mouvement du composé désiré d’une phase vers une autre, alors que le lavage consiste à maintenir le composé désiré dans une phase et à forcer les impuretés vers l’autre. § Elle est couramment employée à la fin d’une réaction pour séparer les produits organiques, qui sont généralement très solubles dans les solvants organiques, et les réactifs ou produits inorganiques, qui sont, en général, beaucoup plus solubles dans l’eau que dans les solvants organiques. § On peut augmenter l’efficacité du transfert d’un composé du solvant B vers le solvant A en employant un volume plus important de solvant. Il est toutefois plus efficace de répéter plusieurs fois l’extraction avec des volumes plus petits du solvant d’extraction (3 x 10 mL) que de faire une seule extraction avec une quantité de solvant plus importante (1 x 30 mL). § On utilise les acides et les bases afin de rendre un composé plus ou moins soluble en phase aqueuse ou organique selon le cas. Ne remplissez jamais l’ampoule à extraction plus qu’aux trois-­‐quarts afin de laisser de l’espace pour mélanger. Avant de la remplir, vérifiez que le robinet fonctionne bien (qu’il ne coule pas et qu’il n’est pas collé). Vérifiez que votre bouchon ferme étanchement. Vous pouvez faire toutes ces vérifications à l’aide d’un peu d’eau. Lors de l’agitation, tenez l’ampoule à deux mains. Placez une main sur le bouchon et l’autre autour du robinet (voir illustration). Inversez l’ampoule afin que le robinet pointe vers le haut, loin de vous, et ne pointant pas vers personne d’autre. Ouvrez le robinet brièvement, vous pourrez peut être entendre un gaz étant évacué, c’est tout à fait normal. Fermez le robinet. Agitez gentiment quelques secondes puis inversez l’ampoule encore une fois et laissez sortir le gaz, en ouvrant le robinet. Répétez cette séquence d’opérations trois ou quatre fois. Faites toujours attention à ne pas pointer le robinet vers vous ou quelqu’un d’autre, puisque la pression formée pourrait forcer l’éjection de liquide et asperger quelqu’un. Placez l’ampoule dans son support, enlevez le bouchon et laissez les phases se séparer. Ne jamais laisser le bouchon sur l’ampoule lorsque celle-­‐ci n’est pas agitée. La séparation des phases est généralement très rapide, mais elle peut parfois prendre quelques minutes. Ouvrir le robinet et laisser la phase du bas s’écouler dans une fiole conique, puis fermer le robinet, changer de fiole et laisser écouler la seconde phases. Assurez-­‐vous de savoir quelle est la phase que vous devez garder avant de jeter l’une d’entre elles. C’est une bonne habitude de garder toutes les phases jusqu’à ce que vous soyez certain d’avoir le bon produit. Un problème fréquemment rencontré lors d’une extraction est la formation d’émulsions. Les émulsions sont en fait des gouttelettes de l’une des phases en suspension dans l’autre. Elles apparaissent surtout en présence d’impuretés qui agissent comme surfactant. Si la formation d’une émulsion semble poser un problème, essayé de remuer le contenu en un mouvement circulaire plutôt que de la secouer. Si les émulsions apparaissent lors de l’agitation et ne disparaissent pas d’elles-­‐mêmes, elles peuvent parfois être brisées par l’addition d’une petite quantité de chlorure de sodium solide ou de solution saturée en chlorure de sodium. Les émulsions sont alors brisées grâce à l’augmentation de la force ionique de la phase aqueuse. Le choix des solvants Divers facteurs guident le choix des solvants à employer pour une extraction. Les deux solvants doivent être immiscibles. Le composé à extraire doit être davantage soluble dans le solvant dans lequel il est extrait. D’une manière générale, rappelez-­‐vous que « un solvant dissout son semblable », c’est-­‐à-­‐dire qu’un composé polaire a tendance à être plus soluble dans un solvant polaire (p. ex. un sel dans l’eau), et qu’un composé non polaire a tendance à être plus soluble dans un solvant non polaire (un hydrocarbure dans l’hexane ou dans le diéthyl éther). Dans la majorité des cas, l’eau est utilisée comme une des deux phases. Lorsque l’on choisit un solvant pour extraire un composé à partir de l’eau, il faut également tenir compte d’autres caractéristiques comme la toxicité, l’inflammabilité, l’odeur et le point d’ébullition. On utilise des solvants organiques dont le point d’ébullition est relativement bas, de sorte qu’ils s’évaporent facilement et peuvent être séparés du composé à extraire. Voici quelques paires de solvants couramment utilisées: éther/eau, acétate d’éthyle/eau ou dichlorométhane/eau. D’autres solvants organiques peuvent être utilisés avec l’eau mais ne sont pas aussi fréquemment employés. Lorsque vous effectuez une extraction, il est important de savoir quelle sera la couche supérieure et laquelle sera inférieure. De façon générale, les solvants non-­‐chlorés (éther, acétate d’éthyle) ont une densité moins grande que l’eau et se retrouvent en haut. Les solvants chlorés (dichlorométhane) possèdent une densité plus grande que l’eau et se retrouveront comme phase inférieure. La phase aqueuse est la phase constituée de l’eau comme solvant. Afin de vous assurer de bien identifier vos phases aqueuse et organique, vous n’avez qu’à ajouter quelques gouttes d’eau distillée au mélange. La phase dans laquelle les gouttes d’eau se mélangeront sera la phase aqueuse. Ce truc fonctionne aussi avec les solvants organiques. L’acétate d’éthyle est le solvant choisi pour la plupart des extractions, surtout lorsque vous travaillez avec des composés organiques polaires. Le dichlorométhane sera choisi pour des raisons de solubilité ou lorsque l’on désire que la phase organique soit celle du bas (p. ex. si vous avez des extractions répétées à faire avec l’eau). L’éther sera très pratique s’il est nécessaire d’enlever des impuretés polaires organiques qui ont de petits coefficients de partage avec l’eau, ou lorsque la volatilité du solvant est importante. L’éther est aussi très utile pour enlever les composés organiques polaires de certains solvants dipolaires aprotiques tel le DMF (diméthylformamide). Si l’extraction s’avère inefficace parce que le composé organique désiré est partiellement soluble dans l’eau, vous augmenterez la quantité de produit récupéré en ajoutant à la phase aqueuse du chlorure de sodium. Cela aura pour effet d’augmenter la force ionique de la phase aqueuse et “forcera” le composé organique à passer dans la phase organique en diminuant sa solubilité dans l’eau salée. Cette technique est aussi fort utile pour éviter la présence de solvant organique dans l’eau, et aide à sécher les solvants organiques en rendant l’eau moins soluble dans le solvant organique. Le sel peut être ajouté sous forme de cristaux, mais de façon générale on utilise plutôt une solution saturée en chlorure de sodium. L’efficacité de cette technique sera améliorée par l’utilisation de l’éther comme phase organique. Les agents dessiccatifs Lorsque le processus d’extraction est terminé, la phase organique contient inévitablement de l’eau résiduelle. Ceci est partiellement dû au processus de séparation physique et à la solubilité partielle de l’eau dans les solvants organiques. L’eau est considérée comme une impureté et doit donc être éliminé de la solution organique. Ceci se fait généralement, en ajoutant un agent desséchant – un sel qui forme rapidement des cristaux hydratés. Les agents desséchants sont ajoutés à la solution à sécher, puis les cristaux hydratés sont filtrés emportant l’eau avec eux. Une liste des agents desséchant les plus utilisés est donnée ci-­‐dessous. MgSO4 Utilisé dans la plupart des laboratoires de chimie organique. Il possède une grande capacité desséchante, il est relativement neutre (très légèrement acide) et agit rapidement. Na2SO4 Il possède une grande capacité desséchante et est neutre. La formation de l’hydrate est lente et le sel doit être maintenu en contact avec la solution plus longtemps que le MgSO4. K2CO3 N’est pas utilisé fréquemment et principalement pour les composés basiques. Il possède une capacité desséchante intermédiaire et fonctionne lentement. NaOH Utilisé pour les composés basiques. Il possède une capacité desséchante faible et agit lentement. CaCl2 Utilisé pour les composés acides. Il possède une capacité desséchante faible et fonctionne lentement. Lorsque vous séchez une solution, il est important que l’agent desséchant demeure en contact avec la solution assez longtemps pour que ce dernier agisse de façon efficace. Pour le MgSO4 et le Na2SO4, quelques minutes suffisent généralement (5 minutes). Un solvant organique contenant de l’eau a une apparence trouble. Lorsque la phase organique devient claire, ceci est habituellement un signe que cette dernière est sèche. Si vous utilisez du MgSO4, l’aspect de celui-­‐ci peut être utilisé comme signe que le séchage est terminé. Le MgSO4 mouillé forme des agrégats tandis que lorsqu’il est sec il est plutôt “fluffy” (comme de la neige). Si vous remuez de façon circulaire la solution contenant le MgSO4, l’apparition d’un nuage de MgSO4 dans un liquide clair est un très bon signe que votre solution est sèche. La laine de verre peut aussi être utilisée comme agent desséchant avec des composés réactifs et en de très petits volumes. En filtrant la solution sur de la laine de verre l’eau demeurera en surface, cela est dû aux effets de la tension de surface. Cette méthode ne parvient pas à enlever l’eau dissoute dans un solvant. Les séparations basées sur la réactivité La réactivité acide-­‐base est souvent exploitée dans le but de séparer un acide, une base et un composé neutre. En faisant réagir un acide organique (un acide carboxylique ou un phénol) avec une base on formera un sel chargé, soluble dans l’eau. De façon similaire, une base organique (amine) réagira avec un acide pour former un sel chargé qui sera également soluble dans l’eau. La formation de sels chargés peut être combinée à l’extraction afin de séparer plusieurs composantes d’un mélange. Pour séparer un alcool et un acide carboxylique, le mélange devrait être traité avec une solution basique (NaOH), suivi par une extraction avec un solvant organique comme l’éther (Et2O). L’acide carboxylique est transformé en sel et ainsi reste dans la phase aqueuse. Le composé neutre, l’alcool dans cet exemple, reste dans la phase organique. Après la séparation des phases, le composé neutre est récupéré en le séchant et ensuite enlever le solvant. L’acide est récupérer par l’acidification de la phase aqueuse. Le sel est protoné pour reformer l’acide carboxylique, qui n’est plus soluble dans la phase aqueuse et ainsi peut être récupérer par précipitation ou par le transférer à la phase organique. Ce dernier peut, lui aussi, être isolé par séchage et évaporation du solvant.