Introduction à la synthèse organique T.P. de chimie organique 1

Introduction à la synthèse organique
T.P. de chimie organique
1. Avant le TP
A l’aide du mode opératoire de synthèse détaillé ci-dessous, remplir un tableau d’engagement pour la réaction de
Cannizzro et identifier le réactif limitant. Notons que toutes les cases ne sont pas nécessairement remplies.
Réactifs
Benzaldéhyde
Potasse
État
physique
liquide
solide
m
/g
4
En effet :
nbenzaldéhyde =
A.N.
nbenzaldéhyde =
V
/mL
3
M
/g·mol−1
106,0
56,1
d
1,05
n
/mmol
29,7
71,3
Éq
1
2, 4
m
ρV
d ρeau V
=
=
M
M
M
1, 05 × 1 · 103 × 3 · 10−3
= 29, 7 mmol
106, 0
nKOH =
m
M
A.N.
nKOH =
4
= 71, 3 mmol
56, 1
soit 71, 3/29, 7 2,4 équivalents de potasse pour 1 équivalent de benzaldéhyde. Or deux molécules de benzaldéhyde réagissent avec une molécule de potasse : la potasse est donc en excès. Le benzaldéhyde est le réactif limitant.
2. Reproduire ci-dessous la plaque CCM, calculer les rapports frontaux et interpréter.
Le milieu réactionnel contient encore du benzaldéhyde (Rf = 0,6) qui n’a pas fini de réagir et de l’alcool benzylique (Rf =
0,3) produit.
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3. Reproduire ci-dessous la plaque CCM, calculer les rapports frontaux et interpréter.
Le milieu réactionnel ne contient que de l’alcool benzylique (et de l’acide benzoïque non mis en évidence ici) et plus une
trace de benzaldéhyde qui a complètement réagi.
Remarque : le benzaldéhyde peut aussi montrer une tache plus base correspondant à de l’acide benzoïque qui est le produit
d’oxydation par l’air du benzaldéhyde.
4. Au regard de ce que contient le brut réactionnel, pouvez vous le qualifier de phase aqueuse ou organique ?
Le brut réactionnel contient majoritairement de l’eau. Il est donc naturellement qualifié de phase aqueuse.
5. Pourquoi l’alcool benzylique peut-il être extrait avec de l’éther diéthylique. Parallèlement, pourquoi l’ion benzoate
reste-t-il en solution aqueuse ?
L’alcool benzylique est une molécule neutre globalement peu polaire. Elle est donc bien soluble dans un solvant peu polaire
comme l’est le diéthyléther. A contrario, l’ion benzoate est chargé : il est donc particulièrement polaire et donc soluble
dans un solvant très polaire comme l’eau.
6. À quel gaz pouvez-vous attribuer la surpression observée lors de l’extraction ?
La surpression peut être attribuée à de l’éther gazeux. En effet ce dernier se vaporise partiellement pour plusieurs raisons :
• les mains posées sur l’ampoule augmente la température intérieure ;
• l’agitation de la solution augmente l’agitation thermique et donc la température à l’intérieur de l’ampoule.
7. Pourquoi est-il nécessaire de laver la phase organique avec de l’eau ?
Pour débarasser la phase organique des traces d’ion benzoate qui pourraient encore y être emprisonnées.
8. Calculer la masse d’alcool benzylique théoriquement produit par la réaction. En déduire le rendement de la réaction
en alcool benzylique.
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3 mL de benzaldéhyde ont été introduit. Cela correspond à une quantité de matière nbenzaldéhyde :
nbenzaldéhyde =
mbenzaldéhyde
Vbenzaldéhyde dbenzaldéhyde ρeau
=
Mbenzaldéhyde
Mbenzaldéhyde
nbenzaldéhyde =
3 10−3 × 1, 05 × 1
= 2, 97 10−2 mol
7 × 12 + 6 × 1 + 1 × 16
A.N.
En considérant la réaction totale on peut déterminer la masse d’alcool benzylique théoriquement formé mthéo
alcool :
théo
mthéo
alcool = nalcool Malcool =
nbenzaldéhyde Malcool
2
A.N.
2, 97 10−2 × (7 × 12 + 8 × 1 + 1 × 16)
= 1, 6 g
2
Attention : il ne faut pas oublier qu’à partir d’un benzaldéhyde on forme 1/2 alcool benzylique.
Pour calculer le rendement en alcool benzylique, il suffit de diviser la masse trouvée par la masse théorique.
mthéo
alcool =
9. Quelle réaction se produit lors de l’acidification du milieu ? En donner l’équation-bilan. Pourquoi l’espèce formée
précipite-t-elle alors que l’espèce initiale est stable en solution ?
La réaction est la réaction acido-basique entre l’acide chlorhydrique concentré et l’ion benzoate :
PhCOO− + HCl = PhCOOH + Cl−
On forme alors l’acide benzoïque qui n’est plus une espèce chargée. Il est donc moins polaire que l’ion benzoate et est
moins stabilisé par un solvant polaire comme l’eau. Il précipite alors sous forme d’un solide blanc.
10. Quelle est la valeur du pH relevé ? Est-ce logique ?
On mesure un pH d’environ 1. En effet, on a acidifié la solution sous la valeur du pKa pour voir apparaitre majoritairement
l’acide benzoïque.
11. Calculer la masse de composé théoriquement produit par la réaction. En déduire le rendement de la réaction en
acide benzoïque.
La masse théorique d’acide benzoïque mthéo
acide est :
théo
mthéo
acide = nacide Macide =
nbenzaldéhyde Macide
2
A.N.
2, 97 10−2 × (7 × 12 + 6 × 1 + 2 × 16)
= 1, 81 g
2
Pour calculer le rendement en acide benzoïque, il suffit de diviser la masse trouvée par la masse théorique.
mthéo
acide =
12. Quel produit étalon avez vous utilisé ?
L’étalon utilisé est l’acetanilide car sa température de fusion (114,5 ℃) est proche de celle de l’acide benzoïque (122 ℃).
13. Quel température de fusion avez vous trouvée ? Conclure quant à la pureté du produit.
La température de fusion mesurée est de 121 ℃. Comme la mesure de la température à l’aide d’un banc Kofler est précise
à 2 ° près, on peut considérer que le produit testé est pur.
14. En annexe sont fournis les spectres IR et RMN 1 H des réactifs et des produits. Attribuer à chaque molécule son
spectre en justifiant.
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Spectres infrarouges : seul le spectre A ne présente pas de bande large au de la de 3000 cm−1 caractéristique d’un H
engagé dans une liaison H. De plus il présente une bande fine et intense vers 1700 cm−1 correspondant à une liaison
C=O. Ce spectre est donc celui du benzaldéhyde.
Le spectre C ne possède pas cette bande vers 1700 cm−1 : il s’agit donc de l’alcool benzylique.
Enfin la spectre B possède à la fois la bande caractéristique de la liaison C=O et une bande large caractéristique d’un
proton engagé dans une liaison H : si s’agit de l’acide benzoïque.
Spectres de R.M.N. : le spectre A présente un signal élargi vers 4, 7 ppm qui est caractéristique de protons portés par un
carbone tétravalent. On peut estimer que ce signal est caractéristique du CH2 de l’alcool benzylique ; il est couplé avec le
proton du groupement hydroxyle. Le signal est mal résolu, ce qui lui donne l’aspect d’un singulet. Le spectre A est donc
celui de l’alcool benzylique.
Le spectre B présente un pic vers 10 ppm caractéristique d’un proton d’aldéhyde : c’est le spectre du benzaldéhyde.
Par élimination, le spectre C est celui de l’acide benzoïque.
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