BTS CHIMISTE EPREUVE FONDAMENTALE DE CHIMIE - Pratique expérimentale -

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BTS CHIMISTE
Session 2009
EPREUVE FONDAMENTALE DE CHIMIE
- Pratique expérimentale -
Durée : 6 heures Coef. : 7
SUJET N°5
PREPARATION DE L’ACIDE 2-IODOBENZOÏQUE ET
REDUCTION DU CAMPHRE PAR LE TETRAHYDRUROBORATE DE SODIUM
Ce sujet comporte deux parties distinctes.
Première partie
La première manipulation est une réaction de Sandmeyer : synthèse de l’acide 2-iodobenzoïque à
partir de l’acide 2-aminobenzoïque (ou acide anthranilique). Le produit est analysé par CCM.
Deuxième partie
La deuxième manipulation consiste à réduire le camphre en bornéol et isobornéol, par le
tétrahydruroborate de sodium. Le mélange final est analysé par CPG.
Les deux synthèses seront menées simultanément.
I – Mode opératoire
1- Préparation de l’acide 2-iodobenzoïque à partir de l’acide 2-aminobenzoïque
Dans un réacteur de 250 mL muni d’une agitation magnétique, d’un réfrigérant muni d’un
piège à gaz, d’une ampoule de coulée et d’un thermomètre, introduire progressivement, 5,0 g
d’acide 2-aminobenzoïque, 35 mL d’eau et 10 mL d’acide chlorhydrique concentré.
Chauffer doucement sous agitation jusqu’à dissolution totale. Refroidir ensuite le mélange
entre 5 °C et 10 °C. Un précipité brun clair apparaît.
Préparer dans un bécher une solution de 3,0 g de nitrite de sodium dans 10 mL d’eau.
Refroidir cette solution entre 0 et 5 °C.
Verser cette solution goutte à goutte dans le mélange réactionnel en maintenant la
température en-dessous de 10 °C. A la fin de l’addition, rincer l’ampoule avec 3 mL d’eau
glacée et les introduire dans le réacteur. Cinq minutes après l’addition, vérifier que le test au
papier ioduroamidonné est positif.
Préparer dans un bécher de 100 mL une solution d’iodure de potassium en dissolvant 9,0 g
d’iodure de potassium dans 15 mL d’eau. Refroidir cette solution jusqu’à une température
inférieure à 10 °C.
Ensuite, tout en agitant, verser goutte à goutte la solution d’iodure de potassium en
maintenant une température inférieure à 10 °C. Un important dégagement gazeux se produit.
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Faire chauffer dans un bain d’eau chaude à 70 °C jusqu’à cessation du dégagement gazeux
en agitant vigoureusement (durée maximale du chauffage 20 min).
Filtrer sur Büchner le produit brut. Le laver avec 30 mL d’une solution d’hydrogénosulfite de
sodium à 12 %, puis abondamment avec de l’eau.
Verser 80 à 120 mL de solution d’hydrogénocarbonate de sodium pour dissoudre tout le
précipité.
Ajouter 2 g de charbon actif au filtrat, puis agiter 10 min et enfin filtrer la solution.
Ajouter une solution d’acide sulfurique diluée au distillat jusqu’à cessation du dégagement
gazeux.
Filtrer le solide. Laver à l’eau jusqu’à pH = 5-6, puis sécher. Soit m0 la masse de produit brut
humide obtenu.
Placer la moitié du solide (masse m1) à l’étuve à 80 °C jusqu’à masse constante (masse m1).
Le reste (masse m2) est recristallisé dans le mélange eau/éthanol (50/50) (noter le volume V
de mélange utilisé), puis séché à l’étuve. Soit m2 la masse de produit purifié sec obtenu.
Contrôler la pureté de l’acide 2-iodobenzoïque synthétisé, en chromatographie sur couche
mince sur plaque de silice. On dépose les solutions à environ 1 % massique dans l’éthanol
des composés suivants :
- l’acide 2-iodobenzoïque brut ;
- l’acide 2-iodobenzoïque purifiée ;
- l’acide 2-iodobenzoïque commercial (solution fournie) ;
- l’acide 2-aminobenzoïque commercial (solution fournie).
L’éluant est un mélange [cyclohexane / acétate d’éthyle (20 / 80) + quelques gouttes d’acide
acétique glacial] ; la révélation se fait sous UV à 254 nm.
Mesurer la température de fusion du produit synthétisé.
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2- Réduction du camphre en isobornéol
Le camphre utilisé est un mélange racémique. L’équation de réaction avec l’un des
énantiomères est :
O
OH
4 + NaBH4 + 4 EtOH 4 + NaB(OEt)4
Lors de la réduction du camphre par le tétrahydruroborate de sodium, on obtient majoritairement
de l’isobornéol et dans une moindre mesure du bornéol.
Formule du bornéol :
OH
Dans un réacteur de 250 mL convenablement équipé, introduire 3,00 g de camphre et 15 mL
d’éthanol absolu.
Agiter à température ambiante jusqu’à dissolution, puis refroidir le mélange réactionnel à une
température comprise entre 5 et 10 °C.
Ajouter par petite portion 1,50 g de tétrahydruroborate de sodium de façon à ce que la
température reste comprise entre 10 et 15 °C.
Laisser ensuite le mélange réactionnel 30 min à température ambiante sous agitation.
Ajouter 10 mL d’eau, puis chauffer à 65 °C au bain-marie pendant 15 min.
Refroidir le mélange réactionnel, puis transvaser le contenu du réacteur dans une ampoule à
décanter contenant 70 mL d’eau glacée. Traiter la phase aqueuse avec 30 mL d’éther
diéthylique.
Séparer les deux phases, puis extraire à nouveau la phase aqueuse avec deux fois 20 mL
d’éther diéthylique.
Laver les phases organiques avec 25 mL d’une solution de chlorure d’ammonium à 15 %.
Laver deux fois la phase organique avec 20 mL d’eau, jusqu’à pH voisin de 7.
Sécher la phase organique sur sulfate de magnésium anhydre.
Eliminer le solvant à l’aide d’un évaporateur rotatif.
Sécher le solide obtenu à l’étuve à 40 °C. Soit m3 la masse de produit brut obtenu.
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Analyser le mélange par CPG.
Dissoudre 0,2 g environ de produit brut dans 2 mL d’éthanol et injecter le mélange.
L’analyse quantitative sera faite par la méthode de la normalisation interne (voir annexe, page
13/13). Un chromatogramme de référence (étalon) est fourni par le centre d’examen. On adoptera
les notations suivantes :
% : pourcentage,
ét : étalon
A : surface
m : masse
X
camphre, Xbornéol, Xisobornéol : quantité X relative au camphre, au bornéol ou à l’isobornéol.
Grandeurs utilisées
Etalon Echantillon
Pourcentages
surfaciques Pourcentages
massiques Pourcentages
surfaciques Pourcentages
massiques Pourcentages
molaires
%Aétcamphre
%Aétbornéol
%Aétisobornéol
%métcamphre
%métbornéol
%métisobornéol
%Acamphre
%Abornéol
%Aisobornéol
%mcamphre
%mbornéol
%misobornéol
%ncamphre
%nbornéol
%nisobornéol
En déduire les pourcentages massiques %mi du mélange (remplir le tableau de résultats).
Compléter la feuille de résultats.
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II – Données et sécurité
(toutes les températures de changement d’état sont données sous une pression de 1,013 bar)
1- Préparation de l’acide 2-iodobenzoïque à partir de l’acide 2-aminobenzoïque :
Nom Données physico-chimiques Sécurité
Acide sulfurique
M = 98,1 g.mol-1
98 % en masse
d = 1,84
R : 35
S : 26-30-45
Nitrite de sodium
M = 69,0 g.mol-1
E0 (HNO2/NO) = 1,0 V
pKa (HNO2/NO2-) = 3,2
R : 8-25-50 S : 45-61
Acide
2-iodobenzoïque
M = 248,0 g.mol-1
Teb = 160-162 °C
Soluble dans l’éthanol
Soluble dans l’éther diéthylique
R : 22-37/38-41
S : 26-39
Acide
2-aminobenzoïque
(acide anthranilique)
M = 137,1 g.mol-1
Teb = 144-148 °C
Soluble dans l’éthanol
Soluble dans l’éther diéthylique
R : 36
S : 26-36
Hydrogénocarbonate
de sodium
M = 84,0 g.mol-1
Acétate d’éthyle
M = 88,1 g.mol-1
Teb = 77 °C ; d = 0,90
nD20 = 1,3720
R : 11-36-66-67
S : 16-26-33
Ethanol
M = 46,1 g.mol-1
Teb = 78 °C ; d = 0,79
nD20 = 1,3611
Soluble dans l’eau et l’éther
diéthylique
R : 11
S : 7-16
Cyclohexane
M = 84,7 g.mol-1
Teb = 81 °C ; d = 0,78
nD20 = 1,4226
R : 11-38-50/53-65-
67
S : 9-16-25-33-60
Iodure de potassium
M = 166,0 g.mol-1
E0 (I2/I- ) = 0,54 V
1 / 13 100%

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