TP SYNTHESE DE L ADDITIF E210

TP 3 2020-2021

SYNTHESE DE L’ADDITIF E210

Données de sécurité :

Composé Masse molaire

(g·mol^-1) Densité Tfus / Téb Sécurité

Acide benzoïque 122,12 - Tfus = 122,3°C

Téb = 250°C

Alcool benzylique 108,14 1,04 Tfus = - 15°C

Téb = 205°C Solution de permanganate

de potassium - - -

Solution d’hydroxyde de

sodium - - -

Solution aqueuse d’acide

chlorhydrique - - -

Cyclohexane 84,16 0,78 Tfus = 6,5°C

Téb = 80,8°C

Acétate d’éthyle 74,12 0,71 Tfus = - 116°C

Téb = 35°C

Données numériques

Propriétés de l’acide benzoïque :

 Solubilité dans l’eau : 2,4 g.L^-1 à 20°C et 68 g.L^-1 à 95°C

Donnée : Spectres Infra Rouge de l’alcool benzylique et de l’acide benzoïque

SYNTHESE DE L’ADDITIF E210

L’acide benzoïque, le benzoate de sodium ou de potassium sont couramment utilisés dans l’industrie agro- alimentaire en tant que conservateurs (respectivement E210, E211 et E212). Le rôle d’un conservateur est de protéger les denrées alimentaires des micro-organismes toxiques pour éviter un vieillissement précoce. Il est néanmoins nécessaire de contrôler l’utilisation de ces conservateurs, compte tenu de leur toxicité relative.

_Objectifs_

On se propose de réaliser une synthèse de l’acide benzoïque, et de contrôler sa pureté à l’aide de 3 techniques. Le calcul d’un rendement (produit brut) est attendu.

Rédiger un TP de chimie organique type concours : Tableau bilan à compléter (p 7) à rendre avec les réponses aux questions mentionnées au fil du TP, questions que vous trouverez p 6.

1 – Synthèse

L’acide benzoïque peut être obtenu par transformation chimique de nombreuses molécules organiques : hydrolyse du benzonitrile, oxydation du stilbène, du toluène, du benzaldéhyde, etc… Nous nous proposons de réaliser ici la synthèse de l’acide benzoïque par oxydation, en milieu basique, de l’alcool benzylique par le permanganate de potassium suivant le schéma réactionnel donné ci-dessous. Lors de cette synthèse, l’oxydant MnO4- se transforme en son réducteur MnO2, solide brun ( différent du réducteur usuel en milieu acide, Mn²⁺ )

Protocole de la synthèse :

 Préparer un montage à reflux , avec le ballon fourni (minimum bicol) de 100 mL, muni d’une ampoule de coulée ( isobare ou pas, selon disponibilité ). Introduire une olive ou un barreau aimanté dans le fond du ballon.Faire contrôler le montage avant introduction des réactifs.

 Via l’ampoule de coulée, introduire successivement 1 mL d’alcool benzylique (pipette jaugée), puis 20 mL (éprouvette graduée) d’une solution de soude à 2 mol.L^-1 .

 Fermer l’ampoule de coulée. Y verser 20 mL de la solution de permanganate de potassium à 0,5 mol.L^-1 (éprouvette graduée). Mettre en route le chauffage (à fond pour lancer l’ébullition, puis ajuster si nécessaire ensuite), etintroduire lentement, en 15 minutes, la totalité de la solution oxydante. On poursuivra le reflux encore 15 minutes après la fin de l’addition oxydante.

[Q0] : compléter le tableau de la page 6 « TABLEAU BILAN » qui sera rendu avec la copie.

 Au bout des 30 minutes, écarter l’appareil de chauffage et laisser le milieu refroidir, en laissant le réfrigérant en service. Si nécessaire, c’est-à-dire en cas de teinte violacée de la solution surnageante, introduire par l’ampoule de coulée quelques mL ( maximum 5 ) d’éthanol à 95° jusqu’à disparition la teinte violacée.

2 – Traitement du brut réactionnel

Déposer DEUX papiers filtre, sur un entonnoir Büchner. Filtrer le mélange réactionnel froid. On prendra soin de verser très lentement le mélange réactionnel, de sorte que le « gâteau » reste au milieu du papier filtre, et que le risque de voir passer du solide sous le filtre soit limité au maximum.

Si le filtrat est encore violet ou brun, ajouter une pointe de spatule de Na2SO3 (s).

[Q3]

Transvaser le filtrat dans un erlenmeyer de 250 mL à col large, ajouter un barreau aimanté, et, sous agitation douce, acidifierLENTEMENT , PRUDEMMENT la solution avec de l’acide chlorhydrique concentré, jusqu’à obtenir un pH voisin de 1 ( test au papier pH : tremper une baguette en verre dans le mélange, et déposer une goutte sur un morceau de papier pH ) .

[Q4]

Essorer le précipité obtenu sur Büchner et laver avec un minimum d’eau distillée glacée.

[Q5]

Sécher le solide, dans une coupelle, sur son papier filtre, dans l’étuve à 80°C.

Lorsque le produit est sec, récupérer les cristaux dans un récipient préalablement taré, et les peser ( la masse de brut obtenu sera notée mobt ) .

3 – Analyses

On procèdera à 3 analyses différentes :

 tracé du spectre IR du produit brut [Q6]

 Mesure de la température de fusion du produit recristallisé [Q7]

 CCM du produit brut et du produit recristallisé

Protocole de la CCM :

 L’éluant est un mélange fourni 2 : 3 en volume de cyclohexane et d’éthanoate d’éthyle. Préparer la cuve de chromatographie : éluant au fond ( environ 0,5 cm) et papier filtre imbibé d’éluant, collé verticalement contre 1/3 à 1/2 de la paroi de la cuve ; couvrir.

[Q8]

 Préparer 3 tubes à hémolyse avec les 2 témoins ( l’alcool benzylique (1) l’acide benzoïque commercial (2) ) et l’acide benzoïque brut obtenu (3). L’acétone est un solvant adéquat, 1mL suffit dans chaque tube.

[Q9]

 Sur une plaque de silice, déposer à 1 cm minimum du bord inférieur (ligne ultra légère au crayon) les 3 échantillons en 2 dépôts successifs ( après évaporation du solvant entre les 2 dépôts ). Vérifier que la quantité déposée est suffisante sous la lampe UV (tache intense nécessaire). Rajouter des dépôts autant que nécessaire.

[Q10]

 Mettre à l’élution. Lorsque l’élution est terminée ( à 1 cm du bord supérieur de la plaque ), retirer la plaque et marquer aussitôt le niveau final du front du solvant. Laisser sécher totalement, révéler sous UV et marquer les tâches en les entourant d’un trait de crayon léger.

[Q11]

QUESTIONS

A quoi est due la couleur violette éventuellement observée dans le surnageant ? Comment l’addition d’éthanol permet-elle d’éliminer cette couleur ?

[Q2]

Quel est le solide contenu dans le brut réactionnel ? Sous quelle forme se trouve le produit d’intérêt dans ce brut réactionnel ? Dans quelle phase ? Pourquoi y est-il soluble ?

[Q3]

Quel est le rôle de Na2SO3 , par quel moyen ? Justifier grâce aux données. Proposer la réaction qui aurait lieu en cas de couleur résiduelle violette, et calculer sa constante.

[Q4]

Quelles réactions se produisent à l’addition d’acide sur le filtrat ? Pourquoi un précipité apparaît-il, et quel est-il ? Justifier précisément.

Un brut réactionnel est constitué d’un mélange de benzaldéhyde et d’acide benzoïque dans de l’éther diéthylique. Proposer une méthode expérimentale pour séparer ces 2 constituants et les obtenir purs, séparément. On rappelle que l’eau et l’éther diéthylique ne sont pas miscibles.

[Q5]Quel est le rôle de ce lavage ? (ie Préciser les espèces que l’on cherche à éliminer)

[Q6]

Sur l’impression que vous aurez faites du spectre IR de votre produit brut, identifier les pics caractéristiques visibles et les interpréter. Conclure sur la pureté apparente de votre produit.

[Q7]

Quelle est la précision sur la mesure du point de fusion au banc Köffler ? Rapporter la température de fusion mesurée, et conclure sur la pureté apparente de votre produit.

[Q8]

Rappeler le principe et l’intérêt de l’élution. Quel est le rôle du papier filtre imbibé d’éluant, « fixé » verticalement dans la cuve ?

TABLEAU BILAN

Après avoir équilibré la réaction réalisée (par la stœchiométrie et autant de H2O et d’ OH^- que nécessaire) , compléter le tableau ci-dessous :

…Ph-CH

-OH + ….MnO

…..Ph-COO

+ ….. MnO

+ ………..

Etat initial (g ou mL) Etat initial (mole)

Etat final si

total (mole)

En déduire la masse maximale d’acide benzoïque mmax qu’il sera possible d’obtenir :

m

= ……… . g

Noter ici la masse d’acide benzoïque mobt qui a été obtenue :

m

= ……… . g

En déduire le rendement de la synthèse effectuée :

R = ………..%

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