B UTS ET VOCABULAIRE L' EXTRACTION OU LE LAVAGE

L'

À l'issue d'une réaction, le produit synthétisé (nommé PI pour produit d'intérêt) est dans une phase (peut-être en présence d'une deuxième) , peut-être dissous dans un solvant, en présence de résidus de réactifs, organiques et minéraux, ou de produits parasites.

B

Le but d'une extraction est d'obtenir une phase unique, contenant majoritairement le plus possible de PI, phase à partir de laquelle, il sera possible d'obtenir PI pur par la suite des opérations.

Le but d'un lavage est de se débarrasser des impuretés.

Cette extraction ou lavage démarre généralement par l'emploi d'une ampoule à décanter :

Dans une ampoule à décanter, on met deux phases en équilibre, les solutés des deux phases se mettant en équilibre entre les deux phases. L'agitation permet d'atteindre l'équilibre plus rapidement, en mettant les 2 phases en contact intime, par augmentation de la surface d'échange entre les phases. La constante K de cet équilibre s'appelle un coefficient de partage.

Emploi éventuel d'une solution saturée de NaCl : Propriétés : très dense et très polaire puisque ionique Intérêts :

● Casser une émulsion qui se serait formée entre les phase aqueuse et organiques ( effet des ions ).

● Accélérer la décantation ( effet de densité )

● Procéder à un RELARGAGE : l'ionicité de la phase aqueuse en fait un milieu encore moins propice à la solvatation des espèces peu polaires organiques : l'équilibre se déplace encore vers la phase organique.

Trois cas se présentent alors:

Le texte parle de faire une extraction Le texte parle de laver un phase…

Le texte parle de procéder à une séparation Le produit d'intérêt passe donc dans la phase que

l'on ajoute dans l'ampoule. L'agitation enrichit cette nouvelle phase en produit d'intérêt.

A l'équilibre : beaucoup de produit d'intérêt est dans la nouvelle phase, mais un résidu de produit d'intérêt subsiste dans la phase d'origine.

Donc on isole la précieuse nouvelle phase, que l'on garde, puis on remet si nécessaire la phase d'origine contenant encore du produit d'intérêt dans l'ampoule, pour recommencer une extraction.

A la fin de l'opération, on peut jeter la phase d'origine.

Le produit d'intérêt restera dans la phase d'origine.

Les impuretés passeront dans la phase ajoutée.

L'agitation lave la phase contenant le produit d'intérêt de ses impuretés.

A l'équilibre, beaucoup d'impuretés sont passées dans la nouvelle phase, mais certaines subsistent dans la phase d'origine.

Donc on jette la nouvelle phase de lavage, puis on remet si nécessaire la phase d'origine dans l'ampoule, pour recommencer le lavage.

A la fin de l'opération, on garde précieusement la phase d'origine.

La phase d'origine contient 2 produits d'intérêt. L'un passera dans la phase ajoutée, l'autre restera dans la phase d'origine. La seule différence par rapport aux procédés d'extraction ou de lavage est que les 2 phases, celle d'origine, et la somme des phases ajoutées, sont précieusement conservées pour un traitement ultérieur.

Attention, le texte parlera parfois aussi d'extraction dans ce cas là : à vous de comprendre, compte tenu de l'objectif du TP, et du contenu du ballon, s'il s'agit d'une extraction simple ou d'une séparation.

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:

1- Verser la solution mère dans l'ampoule. Y ajouter le solvant d'extraction ou de lavage . Agiter légèrement l'ampoule , bouchon ouvert.

En cas de présence du solvant éther ( diéthyl oxyde ) , il y a un fort risque de surpression dans l'ampoule lors de sa fermeture : en effet, la dissolution du PI ou des impuretés dans le solvant ajouté peut être exothermique. Or l'éther bout à 34°C, ce qui est très proche de la température ambiante. Sa pression de vapeur saturante peut donc monter très vite pour quelques degrés gagnés =>

2- Boucher l'ampoule, tenir fermement le bouchon, retourner l'ampoule et ouvrir AUSSITÔT le robinet , le tout en moins de 5 secondes. L'intensité du "pshitt" lié à la surpression doit vous aider dans la gradation de l'agitation à venir…

2- Refermer le robinet, agiter légèrement, bouchon vers le bas fermement tenu, et rouvrir le robinet.

3- Recommencer plusieurs fois le point 2 , en agitant de plus en plus fort, en fonction du dégazage de plus en plus faible. L'agitation doit être ferme et efficace pour atteindre l'équilibre sur les dernières opérations.

4- Ajouter éventuellement une solution saturée de NaCl pour le dernier relargage et recommencer au point 3 une fois.

5- Laisser décanter. Si le point 4 n'a pas eu lieu et que la décantation est lente , ajouter une solution saturée de NaCl , agiter légèrement, et attendre patiemment !

6- Séparer les phases selon besoin ( on doit sortir une phase ou les 2 ? pas de règle ! réfléchir à ce que vous faites pour la suite )

Exemple :

Ainsi si le texte dit : Extraire 2 fois à l'éther =>

♦le ballon contient PI dissous en phase aqueuse , et PI est plus soluble dans l'éther

1♦On verse la phase aqueuse du ballon dans l'ampoule. On rajoute de l'éther. On agite. On laisse décanter.

2♦On vide la phase inférieure (a priori aqueuse plus dense –à vérifier- ) dans un bécher . On réserve

♦On vide la phase éthérée dans un autre bécher , conservé PRECIEUSEMENT (contient PI) (1° extraction)

♦On remet la phase aqueuse réservée dans l'ampoule et on recommence les points 1 et 2

♦On vide la phase éthérée dans le bécher précieux , avec l'autre…(2° extraction) Si 3 extractions étaient demandées…je ne recommence pas…!!! S'adapter au texte….

Si le texte dit: laver une fois à la soude, puis une fois avec une solution d'hydrogénocarbonate de sodium =>

♦Le but du premier lavage est d'éliminer les impuretés acides.

♦Le but du deuxième lavage est de neutraliser le milieu (pH (HCO3

- aq ≈ 7)

♦ PI n'est pas soluble à l'eau . PI restera en phase organique, non miscible à l'eau.

Pour le protocole, voir plus haut , en gardant ce qu'il faut : la phase organique et PI…, et en jetant les solutions de lavage…

Pour s'assurer que le milieu a été neutralisé, on utilise une baguette en verre : on la plonge dans la solution à vérifier, on dépose une goutte ainsi prélevée sur un papier pH…et on procède à un lavage supplémentaire à HCO3

- si nécessaire.

L

:

On peut montrer, par l'étude des équilibres successifs de type PI_ϕ1 PI_ϕ2

K = [PI _ϕ 2] / [PI _ϕ 1] = coeff de partage

qu' il vaut mieux utiliser plusieurs extractions avec de petits volumes de solvant, plutôt que une seule avec une quantité équivalente totale de solvant, pour extraire le plus possible de produit d'intérêt .

Pour un lavage, c'est la même chose, on extrait plus d'impuretés en plusieurs "petites" fois qu'en une seule "grosse"…

Exercice à propos de l'utilisation d'un coefficient de partage :

L'ammoniac NH3 est un ligand des ions Cu²⁺ , formant le complexe Cu(NH3)n

2+ très stable, même en milieu acide.

Une technique permettant de trouver sa stoechiométrie est la suivante : Étude préalable :

On verse dans une ampoule à décanter 25 mL d'une solution aqueuse d'ammoniacale molaire, et 100 mL d'octan-1-ol.

Après agitation et décantation, on procède au dosage de la totalité de la phase aqueuse par HCl molaire . On trouve un volume équivalent de 19,6 mL En déduire la valeur du coefficient de partage de l'ammoniac entre la phase aqueuse et l'octan-1-ol. Commenter cette valeur.

Formation du complexe et extraction :

Dans une ampoule à décanter de 250 mL , introduire 25 mL de la solution aqueuse ammoniacale molaire, 25 mL d'une solution de sulfate de cuivre 0,1 mol.L^-1 et 100 mL d'octan-1-ol . Agiter vigoureusement pendant 5 à 10 minutes. Après décantation, on recueille les phases aqueuses et organiques dans 2 erlenmeyers, soigneusement bouchés. On admet que la quantité d'ammoniaque introduit est suffisante pour que la réaction de complexation soit totale, et qu'il est donc en excès.

On prélève 50 mL de la solution organique, que l'on ajoute dans un bécher à 50 mL d'eau. Sous agitation très vive, on dose l'émulsion obtenue par HCl 0,1 mol.L^-1 en présence d'un indicateur coloré bien choisi. Le virage est obtenu pour V1

= 9,1 mL.

En déduire la stœchiométrie du complexe. Préciser le domaine de virage de l'indicateur coloré bien choisi.

Proposer un autre protocole qui minimise les erreurs dues à l'évaporation de l'ammoniac.