XGU- A4- NR-Sujet 2 session 1990 EPREUVE FONDAMENTALE DE CHIMIE Durée : 6 h Coef. : 7 Toutes les calculatrices de poche, y compris les calculatrices programmables et alphanumériques, dont la surface de base ne dépasse pas 21 cm de long et 15 cm de large, sont autorisées à condition que leur fonctionnement soit autonome et qu’il ne soit pas fait usage d’imprimantes. T.P. de préparation organique Acide-2-(4-Methylbenzène Carbonyl) Benzènecarboxvlique (Acide p-toluoyl o-benzoïque) L’acide p-toluoyl o-benzoïque est préparé par action de l’anhydride phtalique (Anhydride benzène1, 2-dicarboxylique) sur le toluène en présence de chlorure d’aluminium. Synthèse * Dans un tricol équipé, comportant un dispositif d’absorption de vapeurs de chlorure d’hydrogène, introduire 80 cm3 de toluène sec et 34 g de chlorure d’aluminium. * Ajouter, par portions de 3 à 4 g, 17 g d’anhydride phtalique. Si la réaction n’a pas démarré après addition d’environ 4 g d’anhydride, chauffer quelques instants pour l’amorcer. Refroidir si la réaction devient trop vive. * L’addition étant terminée, chauffer le mélange réactionnel à reflux pendant 3/4 d’heure. * Refroidir vers 0°C. * Couler (lentement au début), sous vive agitation, 100 cm3 d’eau glacée puis 30 cm3 d’acide chlorhydrique concentré. (Remettre le piège à HC1). Séparation et purification de l’acide * Filtrer le produit brut sur büchner. Le laver à l’eau froide puis le remettre dans le tricol. * Ajouter 13 g de carbonate de sodium anhydre dans 100 cm3 d’eau. * Chauffer à reflux pendant 5 minutes. Puis filtrer à chaud sur büchner. Laver deux fois avec 10 cm3 d’eau bouillante. * Refroidir le filtrat vers O °C. Ajouter goutte à goutte environ 30 cm3 d’une solution d’acide chlorhydrique à 50 %. On obtient des cristaux qui ont tendance à s’agglomérer et à former un bloc. * Sécher le produit quelques minutes à l’étuve puis le broyer. Le remettre à sécher. * Le recristalliser dans le toluène. Le sécher et mesurer son point de fusion. 1 Données *Spectres RMN (annexe 1) et IR (annexe 2) du toluène et de l’anhydride phtalique. *Caractéristiques physiques des produits: Toluène: M = 92g.mol-1. Teb760 = 110,6 °C. Inflammable. d20 = 0,867. Insoluble dans l’eau. Infiniment soluble dans l’alcool, l’éther et le benzène. Soluble dans l’acétone. Anhydride phtalique: M = 148 g.mo1-1. Cristaux blancs. Tf = 130,8 °C. Très peu soluble dans l’eau et dans l’éther. Soluble dans l’alcool. Chlorure d’aluminium: M = 133,5 g.mo1-1. Cristaux blancs (purs) ou jaunes. Fume à l’air. Forte odeur d’HCl. Réagit violemment sur l’eau avec dégagement d’HCl. Acide p-toluoyl o-benzoïque: M = 240 g.mol-1. Cristaux blancs. Un peu soluble à chaud dans l’eau. Très soluble dans l’alcool, l’éther, l’acétone et le benzène. Très soluble à chaud dans le toluène. 2 Résultats et rapport * Rendre le produit. Indiquer son point de fusion. * Rédiger une feuille de marche. * Répondre aux questions. Questions 1 - Interpréter les spectres RMN et IR des produits de départ. 2 - Ecrire l’équation équilibrée de la réaction. De quel type de réaction s’agit-il? Quel est le rôle du chlorure d’aluminium ? On utilise ici un peu plus de deux moles de chlorure d’aluminium pour une mole d’anhydride phtalique. Pourquoi? On obtient presque uniquement de l’acide p-toluoyl o-benzoïque. Justifier. 3 - Quelles sont les précautions à prendre pour le matériel, les réactifs et la réaction? 4 - Quels sont les rôles de l’eau glacée et de l’acide chlorhydrique que l’on ajoute au mélange réactionnel après les 3/4 d’heure de chauffage à reflux? 5 - On aurait pu, avant la filtration sur büchner , soumettre le mélange réactionnel à un entraînement à la vapeur d’eau (ou à une hydrodistillation). Dans quel but? 6 - Expliquer le principe de la purification de l’acide à l’aide du carbonate de sodium. Ecrire les équations des réactions. On aurait pu, avant le chauffage à reflux de 5 minutes, traiter la solution par du noir de carbone. Dans quel but? 7 - Calculer le rendement de la synthèse. 3