TP SYNTHESE DE L`ACIDE BENZOÏQUE (par oxydation de l`alcool

TP SYNTHESE DE L’ACIDE BENZOÏQUE
(par oxydation de l’alcool benzilique par le permanganate en milieu acide)
Objectifs :
- Connaitre la réaction d’oxydation de l’alcool benzylique par l’ion permanganate en milieu basique.
- Connaitre le principe d’ un chauffage à reflux, une filtration sous vide, un lavage et une CCM.
L'acide benzoïque, de formule C6H5 -COOH, est un solide blanc, qui fond à 122 °C. Dans les aliments, l'acide benzoïque
et les ions benzoate sont utilisés comme conservateurs car ils ont des propriétés fongicides, même à faible dose
(boissons sodas …).
Principe
a) On oxyde un alcool en acide carboxylique par l'ion MnO4- , cette opération se fait en milieu basique grâce à la présence de l'ion CO3 2-. Dans ces conditions, l'acide benzoïque (très peu soluble dans l'eau, sa solubilité est de1.5 g/L à 10°C
et de 2.4 g/L à 25°C; à ) apparaît sous forme de sa base conjuguée : l'ion benzoate C 6H5 - COO- qui lui est soluble dans
l’eau (solubilité 600 g/L à 25°C). L’ion MnO4- est réduit en dioxyde de manganèse MnO2 (précipité brun).
b) On élimine le précipité formé tandis que l'ion benzoate reste en solution.
c) On acidifie ensuite la solution pour faire précipiter l'acide benzoïque que l'on isole par filtration.
Données
Acide benzoïque
Alcool benzylique
Formules
OH
OH
O
Masse molaire
122g.mol-1
108 g.mol-1
1,04 g.cm-3 .
Masse volumique
Couples acide base
acide benzoïque / ion benzoate
ion hydrogénocarbonate / ion carbonate
Couple oyxydo-réducteur
(en milieu basique)
C6H5-COOH / C6H5-COO-(aq
HCO3-(aq) / CO32-(aq)
MnO4-(aq) / MnO2(s)
a) Synthèse de l’ion benzoate par oxydation de l’alcool
Protocole
On introduit dans un ballon :

2.0 g de carbonate de sodium.

100 mL d'une solution aqueuse de permanganate de potassium de concentration molaire 0,25 mol.L -1.

2,5 mL d'alcool benzylique.

Quelques grains de pierre ponce.
On place le ballon, adapté à un réfrigérant vertical à eau, (réfrigérant à boulles) dans un chauffe-ballon. (Montage dit
« à reflux », voir au verso)
On fait circuler l'eau dans le réfrigérant
On porte à ébullition puis on régle le chauffage de façon à avoir une ébullition douce pendant 20 minutes. On
peut jouer sur la hauteur du chauffe ballon à l’aide du support élévateur pour réguler l’ébullition si besoin.
On note la précipitation de dioxyde de manganèse brun.
Après 20 minutes : on arrête le chauffage et on place le ballon hors du chauffe-ballon pour qu'il refroidisse.
On arrête la circulation d'eau et on débranche le réfrigérant quelques minutes après.
On refroidit le ballon sous un courant d'eau froide.
Questions sur le protocole
1°) Expliquer le principe du montage à reflux
2°) A quoi sert la pierre ponce ?
3°) Légender le schéma fournit du montage
Equations de la réaction
4°)
Écrire l’équation de dissolution du carbonate de sodium dans l’eau.
5°)
Écrire l’équation de réaction acido-basique entre l’ion carbonate et l’eau (qui se comporte en acide)
6°)
En milieu basique, l’ion permanganate appartient au couple oxydant réducteur MnO 4-(aq) / MnO2(s) . Ecrire la
demi équation d’oxydoréduction faisant intervenir ce couple.
7°)
Écrire l’équation faisant intervenir le couple C6H5-CH2OH / C6H5-COO-(aq)
8°)
Montrer que la transformation qui a lieu pendant le chauffage est modélisée par l'équation :
3 C6 H5  CH 2 OH (l)  4 MnO4 (aq)
9°)
10°)



 3 C6 H5  COO(aq)
 4 MnO2 (s)  HO(aq)
 4 H 2 O (l)
Montrer que l’alcool benzylique est légèrement en excès dans le mélange réactionnel.
Quels sont les espèces chimiques présentes à la fin du chauffage?
b) Extraction de l’acide benzoïque
1) Élimination du précipité par filtration sous vide
On veut éliminer le précipité de dioxyde de manganèse par une filtration sous vide.
Lors de cette filtration, c’est le filtrat que l’on veut garder.
On relie la fiole à filtration à la trompe à eau. On y adapte l'entonnoir de Büchner
On place au fond de l’entonnoir un disque de papier filtre légèrement imbibé d'eau, et
un second filtre papier recouvrant en totalité l’entonnoir Büchner. On ouvre doucement la
trompe à eau puis on verse progressivement le contenu du ballon refroidi dans le Büchner
de façon à séparer le précipité de dioxyde de manganèse. On verse le filtrat dans un erlenmeyer. On placer l'erlenmeyer dans un bain de glace.
Filtre de
Bűchner
Vers la
trompe à eau
2) Passage de la forme basique à la forme acide de l’acide benzoïque.
On ajoute de l’acide chlorhydrique concentré jusqu’à observer la précipitation totale de l’acide benzoïque. (cristaux
blancs)
3) Extraction de l’acide benzoïque.
On effectue la filtration sur Büchner du précipité obtenu. On le rince avec un peu d'eau froide.
On essore le plus possible.
On récupérer à l’aide d’une spatule l’acide benzoïque
obtenu.
On le placer dans l’étuve.
Questions sur la partie extraction :
1°) Légender le schéma fournit de la filtration Büchner.
2°) Pourquoi n’observe-t-on la précipitation de l’acide
benzoïque qu’en fin de manipulation 1) ?
3°) Pourquoi effectue-t-on le rinçage de l’acide benzoïque avec de l’eau très froide ?
4°) Déterminer la masse d’acide benzoïque qu’il est
théoriquement possible d’obtenir.
5°) Supposons qu’après la synthèse réalisée dans ce
TP on obtienne une masse m= 1,95 g d’acide benzoïque.
Que sera dans ce cas la rendement de la synthèse ?
c) Analyse du produit formé par chromatographie
Rappels : La chromatographie est une méthode d’analyse utilisée pour séparer et identifier des espèces chimiques contenues
dans un mélange. Au cours de la chromatographie, les espèces chimiques à séparer sont entraînées par l’éluant. La vitesse de
déplacement d’une espèce chimique éluée dépend de ses interactions avec l’adsorbant et l’éluant.
Contrôle de pureté.
On réalise une chromatographie sur couche mince CCM ; éluant 2/3 cyclohexane et 1/3 acétone.
Sous la hotte, on prépare une cuve de chromatographie en y versant un peu d’éluant constitué d’un mélange de 2 volumes de cyclohexane et 1 volume d’acétone.
On prépare une solution S en dissolvant 0,5 g de produit S (que l’on vient de de fabriquer) dans 10 mL d'éthanol, puis
une solution A en dissolvant 0,5 g d'acide benzoïque pur dans 10 mL d'éthanol, et une solution B d’alcool benzylique.
On prépare une plaque de chromatographie : On tracer au crayon à papier la ligne de dépôt et trois repères notés S et A
et B
On dépose les solutions A et S sur une plaque CCM.
On procède à l'élution dans l’éluant.
À la fin de l'élution, on marque immédiatement le front du solvant et on révèle à l’aide de la lampe UV. On entoure au
crayon les tâches qui apparaissent sous la lampe UV. (Éviter de placer vos mains sous la lampe UV.)
Questions sur la caractérisation du produit :
1°) Faire un schéma légendé de la cuve chromatographique
2°) On obtient le chromatographe suivant
Que pouvez vous dire du produit synthétisé ?
A
B
3°) La température de fusion du produit cristallisé donne Tf =123°C au banc Kofler
Rappeler le principe du banc Kofler
Le résultat est-il cohérent avec la chromatographie
Que peut-on faire pour isoler l’acide benzoïque ?
S