Synthèse la menthone - lycee.stephanegaubert

1èreS TP27 – Synthèse et extraction de l’acide benzoïque
Reflux + Filtration sous vide + Précipitation + Essorage +
Recristallisation + Lavage + Séchage + Température de fusion
APP
REA
VAL
COM
SECU
1. Présentation
• L'acide benzoïque est naturellement présent dans la propolis et dans les canneberges. Il est
souvent utilisé comme conservateur (E210) dans des cosmétiques, des produits pharmaceutiques
et dans certains aliments tels que les jus de fruits.
• La synthèse de l’acide benzoïque se fait par oxydation de l’alcool benzylique en présence d’ion
permanganate MnO4- en excès.
2. Protocole expérimental
• L'oxydation de l'alcool benzylique est lente, un
chauffage à reflux est nécessaire. On effectue la
synthèse en milieu basique, l'acide benzoïque est alors
obtenu sous sa forme basique, à savoir l'ion benzoate de
formule C6H5COO-.
• Dans un ballon de 250 mL placer 2,0 mL d'alcool
benzylique, 20 mL d’une solution de soude à 2 mol.L -1 et
quelques grains de pierre ponce
• Disposer l'ensemble dans un montage de chauffage à
reflux, et adapter une ampoule de coulée dans laquelle
vous verserez 110 mL de solution aqueuse de
permanganate de potassium de concentration
0,25 mol.L-1.
• Fixer le ballon au réfrigérant vertical puis relever le
chauffe-ballon avec le pied élévateur jusqu'à ce qu'il soit
en contact avec le ballon.
• Chauffer doucement pendant environ 10 min, de manière à maintenir une ébullition douce, puis
ajouter la solution de permanganate de potassium.
• Constater la formation du solide marron de dioxyde de manganèse. Continuer encore de chauffer
pendant environ 20 minutes.
• Lorsque la réaction est terminée, au bout d’environ 30 min, arrêter le chauffage et laisser refroidir,
en maintenant le réfrigérant en service.
• Afin de faire réagir les ions MnO 4- en excès, introduire par le haut du réfrigérant quelques gouttes
d’éthanol jusqu’à disparition de la teinte violacée.
• Baisser le support et retirer le chauffe-ballon, puis passer le ballon sous un filet d’eau froide.
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3. Filtration sous vide
Lors d’une synthèse mettant en jeu l’ion permanganate MnO 4-, il se forme du dioxyde de
manganèse MnO2, un solide brun très peu soluble dans l’eau, qu’il est nécessaire de filtrer.
→ En milieu acide, l’ion permanganate MnO 4- se réduit en ion manganèse Mn 2+ et une
médiamutation se produit entre les ions permanganate MnO 4- en solution et les ions manganèse
Mn2+ formés. Cette réaction produit du dioxyde de manganèse.
→ En milieu basique, l’ion permanganate MnO4- se réduit en dioxyde de manganèse MnO2.
• Le brut réactionnel est filtré sous vide à
l’aide d’un entonnoir Büchner, d’une fiole
à vide et d’une trompe à eau.
• La trompe à eau diminue la pression
dans la fiole à vide améliorant ainsi la
filtration.
• On récupère le filtrat incolore dans un
erlenmeyer.
4. Précipitation
Les domaines de prédominance de la forme acide C 6H5COOH et de la forme basique C 6H5COOde l’acide benzoïque en fonction du pH sont :
pH < 2,2
2,2 < pH < 6,2
pH > 6,2
C6H5COOH
Les deux
C6H5COO-
• Placer l'erlenmeyer contenant la phase aqueuse dans un récipient rempli d'eau et de glaçons.
• Ajouter doucement et avec précaution, quelques mL d'acide chlorhydrique à 2 mol.L -1 : il se forme
un solide blanc, c’est l'acide benzoïque qui cristallise.
• Ajouter l'acide chlorhydrique jusqu'à ce qu'il ne se forme plus d'acide benzoïque.
• Essorer sous vide sur Büchner et laver les cristaux avec un minimum d’eau glacée.
5. Recristallisation
• La solubilité de l’acide benzoïque dans l'eau augmente quand la température augmente. Cette
propriété est utilisée dans un procédé de purification des produits : la recristallisation
• Les cristaux à purifier contiennent l’acide benzoïque et les impuretés que l'on veut éliminer. Les
cristaux et les impuretés sont dissous dans le solvant chaud. Au refroidissement, l’acide
benzoïque cristallise, mais les impuretés restent dissoutes car elles sont en quantité trop faible
pour précipiter, même à froid.
• La recristallisation se fait au reflux du solvant dans un minimum de solvant : chaque goutte de
solvant inutile emporte avec lui le composé synthétisé.
• On effectue un second essorage à l’issue de la recristallisation.
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6. Séchage
Le séchage se fait à l'air libre sur une soucoupe préalablement tarée. Le séchage est accéléré si on
laisse le produit sous l'aspiration du second essorage, le filtre étant couvert de papier aluminium,
pendant une vingtaine de minutes.
7. Identification au banc Kofler
Le banc Kofler est l'appareil de mesure permettant
d'estimer cette température de fusion. Il s'agit d'une
plaque métallique dont la température de surface
varie linéairement de la droite ~50 °C vers la gauche
~250 °C.
En déplaçant lentement de la droite vers la gauche, un
échantillon des cristaux à identifier, ceux-ci fondent
lorsque la surface de la plaque est la même que la température de fusion. Le banc ayant été
étalonné auparavant, on peut évaluer à 1°C près la température de fusion des cristaux.
8. Questions
1. Sur le protocole de synthèse
• A quelles familles appartiennent l'alcool benzylique et l'acide benzoïque ?
Représenter les formules semi-développées des molécules et y entourer le groupe caractéristique.
• Quel est le rôle de la pierre ponce ?
• Pourquoi ne faut-il pas arrêter le réfrigérant tout de suite après la fin du chauffage ?
• Quel composé permet d’obtenir un milieu réactionnel basique ?
2. Sur la synthèse de l’ion benzoate
• L’oxydation de l'alcool benzylique C6H5CH2OH en milieu basique ne conduit pas à la formation de
l'acide benzoïque, mais de l'ion benzoate C 6H5COO- selon la demi-réaction :
C6H5CH2OH + 5 HO- = C6H5COO- + 4 H2O + 4 e• Pourquoi parle-t-on ici « d’oxydation » ? Écrire le couple mis en jeu.
• L’oxydation de l’alcool benzylique se fait grâce à l’ion permanganate MnO 4- selon la réaction :
3 C6H5CH2OH + 4 MnO4- → 3 C6H5COO- + 4 H2O + 4 MnO2 +OH• Calculer les quantités de matières d’alcool benzylique et d’ions permanganate introduites dans le
ballon. À l’aide d’un tableau, déterminer le réactif limitant de la réaction et calculer la quantité
d’ions benzoate formée par la réaction.
3 C6H5CH2OH
État initial
État
intermédiaire
État final
+
4 MnO4-
x=
x
xmax=
...........
3/4
→ 3 C6H5COO-
+
4 MnO2
3. Sur la filtration
• Quel est le solide qui est éliminé lors de la 1 ère filtration ?
• Que contient le filtrat ?
4. Sur la cristallisation de l’acide benzoïque
Lorsque l’on rajoute de l’acide dans le filtrat, l’ion benzoate C 6H5COO- se transforme en acide
benzoïque C6H5COOH grâce aux ions H3O+ apportés par l’acide chlorhydrique selon la réaction :
C6H5COO- + H3O+ → C6H5COOH + H2O
• Pourquoi lave-t-on l’acide benzoïque à l’eau glacée ?
• Quelle masse d’acide benzoïque peut-on espérer obtenir en supposant la réaction totale ?
• Calculer le rendement de votre synthèse. En l’absence de pesée, prendre m obtenue(Acide) = 1,88 g.
Données
Alcool benzylique
Acide benzoïque
Permanganate de potassium
C6H5CH2OH
C6H5COOH
(K+ + MnO4-)
Liquide incolore
Cristaux blancs
Solution violet intense
Formules
Aspect
Sécurité
Conserver hors de la portée des
enfants. En cas de contact avec les
yeux, laver immédiatement puis
consulter un ophtalmologiste.
Solution d’acide chlorhydrique
Éviter le contact avec la peau.
Solution de soude
Conserver hors de la portée des
enfants. Éliminer le produit et son
récipient comme un déchet
dangereux. Éviter le rejet dans
l’environnement. Consulter les
instructions spéciales/la fiche de
données de sécurité.
Éthanol
Formule
(H + Cl )
(Na + HO )
C2H5OH
Aspect
Solution incolore
Solution incolore
Liquide incolore
Sécurité
+
-
+
-
En cas de contact avec les yeux, laver Porter des gants appropriés et un
immédiatement puis consulter un
appareil de protection des yeux/du
ophtalmologiste. Porter un vêtement visage.
de protection approprié. En cas
d’accident ou de malaise consulter
immédiatement un médecin et lui
montrer l’emballage ou l’étiquette.
Température de fusion de l’acide benzoïque : 122 °C.
Masse volumique de l’alcool benzylique : 1,04 g.mL-1.
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Conserver hors de la portée des
enfants. Conserver le récipient bien
fermé. Conserver à l’écart de toute
flamme ou source d’étincelles. Ne pas
fumer.