BTS CHIMISTE EPREUVE FONDAMENTALE DE CHIMIE - Pratique expérimentale - 2011

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BTS CHIMISTE Session 2011
EPREUVE FONDAMENTALE DE CHIMIE
- Pratique expérimentale -
Durée : 6 heures Coef. : 7
SUJET N°3
SYNTHESE DE DERIVES ETHYLENIQUES
Ce sujet comporte deux synthèses totalement indépendantes.
La première synthèse est une déshydratation d’un alcool (le 2-méthylbutan-2-ol) qui conduit à la
formation de deux alcènes isomères. Une analyse CPG permettra de vérifier la régiosélectivité
de la réaction de déshydratation.
La deuxième synthèse est un couplage entre un composé aromatique, l’iodobenzène et un
alcène, le styrène. Cette réaction est catalysée par le palladium et porte le nom de réaction de
Heck. Elle conduit dans ce cas à la formation de stilbène qui peut exister sous forme de deux
diastéréoisomères (E) et (Z). Une analyse CCM permettra de vérifier la stéréosélectivité de la
réaction de Heck.
Il est conseillé de mener les deux synthèses en parallèle et de commencer par la
deuxième
I. MODES OPERATOIRES
1. Déshydratation du 2-méthylbutan-2-ol
Cette déshydratation peut conduire à la formation de deux alcènes isomères, le
2-méthylbut-2-ène et le 2-méthylbut-1-ène :
HO
H
2
O
et / ou
2-méthylbut-2-ène 2-méthylbut-1-ène
1.1. Synthèse du produit brut
Dans un Claisen-Vigreux de 100 mL, introduire 25,0 g de 2-méthylbutan-2-ol (masse pré-pesée).
Ajouter lentement 10 mL d’acide phosphorique concentré à l’aide d’une ampoule à brome.
Homogénéiser le mélange tout au long de la réaction.
Chauffer graduellement le ballon et recueillir le distillat dans un récepteur refroidi dans la glace.
(la température en tête de colonne ne doit pas dépasser 60 °C).
Transférer le distillat dans une ampoule à décanter.
Laver la phase organique avec 10 mL d’une solution aqueuse de soude à 5 %.
Laver ensuite la phase organique avec des portions de 15 mL d’eau.
Sécher la phase organique sur sulfate de magnésium anhydre.

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1.2. Purification du produit brut
Rectifier le liquide ainsi obtenu. Recueillir la fraction principale dans un petit flacon préalablement
taré.
Peser la masse m de produit obtenu et conserver le flacon (bouché) dans un bain d’eau glacée.
1.3. Analyse qualitative du produit rectifié
Choisir la méthode qui vous parait la plus judicieuse pour caractériser le distillat obtenu :
 mesure de l’indice de réfraction
OU
 obtention du spectre infrarouge
Dans tous les cas, avant de faire ces analyses, bien refroidir le distillat dans la glace afin de
limiter son évaporation.
1.4. Analyse quantitative du produit rectifié par CPG
L’analyse quantitative sera faite par la méthode de la normalisation interne.
Un chromatogramme de référence (étalon) est fourni par le centre d’examen.
On adopte les notations suivantes :
 % : pourcentage
 ét : étalon
 A : surface
 m : masse
 X
1, X2, Xol : grandeur X relative au 2-méthylbut-1-ène, au 2-méthylbut-2-ène et à l’alcool de
départ
Injecter le mélange en CPG.
Grandeurs utilisées
Etalon Echantillon
Pourcentages
surfaciques Pourcentages massiques Pourcentages surfaciques Pourcentages massiques
ét
%A1
ét
2
%A 
ét
ol
%A 
ét
1
%m 
ét
2
%m 
ét
ol
%m 
1
%A 
2
%A 
ol
%A 
1
%m 
2
%m 
ol
%m 
En déduire les pourcentages massiques %m1 et %m2, respectivement en 2-méthylbut-1-ène et le
2-méthylbut-2-ène (compléter la feuille de résultats, à rendre avec la copie).

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2. Couplage de Heck entre le styrène et l’iodobenzène
Le styrène (Ph–CH=CH2) et l’iodobenzène (Ph–I) réagissent en présence de
tributylamine (N(C4H9)3) et d’acétate de palladium (Pd(CH3COO)2) pour conduire à la
formation de stilbène, selon l’équation de réaction ci-dessous :
Ph–CH=CH2 + Ph–I + N(C4H9)3 ⎯⎯⎯⎯→⎯23COO)Pd(CH Ph–CH=CH–Ph + −
+I,)HH(CN 394
stilbène
Le stilbène obtenu peut exister sous forme de deux diastéréoisomères (E et Z).
2.1. Synthèse du produit brut
Dans un tricol de 250 mL convenablement équipé, introduire 7,5 g de styrène, 12,0 g
d’iodobenzène, 50 mg d’acétate de palladium et 12,0 g de tributylamine, toutes les
masses étant pré-pesées.
Porter avec précaution le milieu réactionnel à 100-120 °C pendant deux heures en
agitant vigoureusement.
A la fin du reflux, transvaser le milieu réactionnel chaud dans un bécher et agiter
vigoureusement.
Refroidir ensuite jusqu’à température ambiante.
Filtrer sur Büchner et laver le solide.
Reprendre le solide dans un bécher de 250 mL et le triturer avec 30 mL d’éthanol
glacé. Filtrer et laver avec un peu d’éthanol glacé.
Bien essorer le solide puis le sécher sur papier filtre. On note m1 la masse de
stilbène brut ainsi obtenu.
2.2. Purification par recristallisation
Recristalliser 3 g maximum (masse m2) de stilbène brut dans l’éthanol (certaines
impuretés grisâtres peuvent ne pas se dissoudre, même à chaud). On notera le
volume total d’éthanol utilisé (cf. feuille de résultats). Filtrer à chaud sur coton de
verre en utilisant un entonnoir préchauffé.
Placer le solide recristallisé dans une boite de Pétri que l’on mettra à l’étuve. Soit m3
la masse de stilbène purifié sec obtenu.
2.3. Analyse qualitative du stilbène recristallisé
Déterminer la température de fusion du stilbène purifié.
Réaliser une CCM :
 Phase stationnaire : SiO2 F254
 Phase mobile : cyclohexane
 Dépôts :
Stilbène brut (solution à 1 % dans l’éther diéthylique)
Stilbène purifié (solution à 1 % dans l’éther)
(E)-stilbène commercial (solution à 1 % dans l’éther diéthylique − fournie)
(Z)-stilbène commercial (solution à 1 % dans l’éther diéthylique − fournie)
 Révélation : lampe UV (λ = 254 nm)

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II. DONNÉES ET SÉCURITÉ
(Toutes les températures de changement d’état sont données à p = 1,013 bar).
1. Déshydratation du 2-méthylbutan-2-ol
Nom Données Sécurité
2-méthylbutan-2-ol
M = 88,15 g.mol–1
d20
4= 0,810 à 20 °C
n20
D= 1,4052 à 20 °C
Téb = 102,4 °C
Point éclair : 24 °C
Peu soluble dans l’eau.
Forme un azéotrope avec
l’eau (27,5 % en masse) :
Téb(az) = 87,4 °C
R11–20
S9–16–24/25
Acide phosphorique
concentré (84 %) d20
4= 1,83 R34
S26−45
2-méthylbut-1-ène
M = 70,15 g.mol–1
d20
4= 0,650 à 20 °C
n20
D = 1,3378 à 20 °C
Téb = 31,2 °C
Point éclair = − 48 °C
Insoluble dans l’eau
R12−22−65
S16−62
2-méthylbut-2-ène
M = 70,15 g.mol–1
d20
4 = 0,662 à 20 °C
n20
D = 1,3874 à 20 °C
Téb = 38,5 °C
Point éclair : – 45 °C
Insoluble dans l’eau
R12–22
S2–3–9–16–33–46–51
Soude à 5 % R35
S26−37/39−45
2. Couplage de Heck entre le styrène et l’iodobenzène
Nom Données Sécurité
Styrène
M = 104,15 g.mol-1
Tfus = − 31 °C
Téb = 145 °C
d20
4 = 0,906 à 20 °C
Insoluble dans l’eau.
Soluble dans l’éthanol.
R10–20–36/38
S23
Iodobenzène
M = 204,01 g.mol-1
Tfus = − 31,3 °C
Téb = 188 °C
n20
D = 1,831 à 20 °C
Insoluble dans l’eau.
R22–36
S26–36

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Soluble dans l’éthanol.
Tributylamine
M = 185,35 g.mol-1
Tfus = − 70 °C
Téb = 216 °C
d20
4 = 0,777 à 20 °C
Légèrement soluble dans l’eau.
Très soluble dans l’éthanol.
R22–23/24–38–
41–51/53
S26–36/37/39–45–
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Acétate
de palladium
M = 224,49 g.mol-1
Insoluble dans l’eau.
Soluble dans l’éthanol.
Est réduit en palladium
métallique Pd en présence
d’amines
R41
S26–39
(E)-stilbène
M = 180,25 g.mol-1
Tfus = 123 °C
Téb = 307 °C
Insoluble dans l’eau
Peu soluble dans l’éthanol à
froid, très soluble à chaud.
Très soluble dans l’éther
diéthylique.
R : 22-37/39
S : 22-36/39
(Z)-stilbène
M = 180,25 g.mol-1
Tfus = − 5 °C
Téb = 141 °C (sous 12 mm Hg)
d20
4 = 0,971 à 20 °C
Insoluble dans l’eau.
Soluble dans l’éthanol, dans
l’éther diéthylique.
R36/38
S26–36
Éthanol M = 46,1 g.mol-1 Téb = 78 °C
Point éclair : 17 °C R 11
S7−16
Éther diéthylique
(éthoxyéthane)
M = 74,1 g.mol-1
Téb = 35 °C
Point éclair < – 40 °C R 12-19-22-66-67
S 2-9-16-29-33
Cyclohexane M = 84,2 g.mol-1 Teb = 81 °C
Point éclair : – 18 °C
R 11-38-50/53-65-
67
S 9-16-25-33-60-
61-62