1 ère S Thème I. Chapitre 4. Extraction et synthèse d espèces chimiques colorées. TP 5 Extraction et synthèse d espèces chimiques colorées

Transcription

1 1 ère S Thème I. Chapitre 4. Extraction et synthèse d espèces chimiques colorées TP 5 Extraction et synthèse d espèces chimiques colorées I / Extraction des pigments contenus dans une feuille 1) REALISATION D UNE SOLUTION DE CHLOROPHYLLE BRUTE. Protocole expérimental : Broyer à sec les feuilles (destruction des parois cellulaires) Ajouter très peu d acétone pour solubiliser certaines substances et continuer à broyer doucement pendant quelques minutes Dans un bécher, verser la solution contenue dans le mortier. La solution obtenue est dite «chlorophylle brute». 2) SEPARATION DES PIGMENTS DE LA CHLOROPHYLLE BRUTE : LA CHROMATOGRAPHIE Protocole expérimental Sur une bande de papier à chromatographie (papier Wattman) déposer à une distance d environ 2 cm du bas une dizaine de gouttes de solution de chlorophylle brute en laissant sécher après dépôt chaque goutte. Attention ne pas toucher le papier sur la zone de migration Suspendre le papier à chromatographie dans une cuve à élution fermée contenant 5 ml d éluant (éther de pétrole 85 %, acétone 10 %, cyclohexane 5%). Vérifier que la tache ne baigne pas dans l éluant. Placer un cache opaque autour de l éprouvette durant toute l élution. Stopper l élution quand l éluant arrive à environ 1 cm du bord supérieur. Questions 1. Rappeler le rôle d une chromatographie. 2. Pourquoi le dépôt ne doit-il pas tremper dans l éluant? 3. Faire un schéma annoté à l échelle du chromatogramme obtenu. 4. Combien de pigments contient la solution de chlorophylle brute? Justifier.

2 3) ABSORBANCE DE LA SOLUTION DE CHLOROPHYLLE courbe de l absorbance de la solution de chlorophylle brute en fonction de la longueur d onde de la lumière 1. Expliquer pourquoi la chlorophylle nous apparaît de couleur verte. 2. Expliquer la couleur du carotène. 3. Y a-t-il un seul pigment (la chlorophylle) dans une feuille ou d autres sont-ils présents? 4. Quelles sont précisément les radiations lumineuses utiles à la photosynthèse? II / Chromatographie sur colonne d un sirop de menthe La technique de chromatographie sur colonne repose sur le même principe que la chromatographie sur couche mince : les espèces chimiques à séparer sont plus ou moins entraînées par un éluant sur une phase fixe : - La phase fixe est un solide, le plus souvent de la silice ou de l alumine remplissant une colonne ; - L échantillon est déposé en haut de la colonne. La séparation des espèces chimiques est obtenue par l écoulement continu d une phase mobile (l éluant) à travers la colonne ; La séparation est basée sur une différence de vitesses d entraînement des espèces chimiques vers le bas de la colonne. L objectif est donc de séparer les constituants colorés d un sirop de menthe. 1. Séparation des colorants alimentaires d un sirop de menthe Préparation de la colonne (phase fixe) L opération de remplissage de la colonne conditionne l efficacité de la séparation. Il ne faut pas qu il y ait de bulles ou de zone sans phase stationnaire car on aurait alors des chemins préférentiels nuisant à une bonne séparation des composés. Pendant la phase d élution avec le solvant on veillera également à ne pas assécher la partie supérieure de la phase fixe. Fixer verticalement la colonne à l aide d une pince ; Déposer un petit morceau de coton dans le bas de la colonne ; Confectionner un entonnoir très effilé à l aide d un morceau de papier A l aide de celui-ci, introduire la silice dans la colonne ; il ne doit pas se former de bulles d air! Placer un bécher sous la colonne ; 2

3 Introduire doucement de l eau distillée (à l aide d une pipette plastique par écoulement de long de la paroi de la colonne). Ajouter une quantité d eau suffisante pour être environ à 2 cm au dessus de la surface plane de la silice. Dépôt de l échantillon à séparer Déposer très doucement à l aide d une pipette, sans toucher les parois de la colonne, l échantillon de colorant alimentaire vert, ou de sirop de menthe (5 à 10 gouttes) Lorsque le colorant alimentaire ou le sirop de menthe a pénétré à la surface de la phase stationnaire, éluer avec l eau en remplissant la colonne ; Lorsque le premier colorant arrive en bas de la colonne le récupérer dans un premier bécher Lorsque le second colorant parvient en bas de la colonne, le récupérer dans un second bécher. Quel est l intérêt de ce type de chromatographie par rapport à celle sur papier ou sur couche mince? 2. Analyse spectrophotométrique des colorants A l aide d un spectrophotomètre, on a tracé les spectres d absorption A=f() du sirop de menthe et des 2 colorants issus de la séparation précédente. Interpréter la courbe obtenue : quel(s) colorant(s) contient le sirop de menthe?. Spectre d absorption du sirop de menthe teisseire@ Spectre d absorption du bleu patenté V 1 mg pour 100 ml eau Spectre d absorption du jaune de tartrazine 2 mg pour 100 ml eau 3

4 III / Synthèse de l indigo Les Égyptiens furent les premiers à préparer des colorants pour teindre des tissus ou colorer des poteries et préparer des fards. Jusqu en 1856 les colorants utilisés étaient d origine naturelle, extraits du monde végétal, minéral ou animal. L indigo est un pigment qui était utilisé au Moyen Âge pour teindre les draps en bleu. Il est extrait par macération de plantes appelées pastel dans le midi et guède ou vouède dans le nord de la France. La substance extraite des feuilles, doit s oxyder à l air pour former ce pigment qui est insoluble et peut donc être facilement isolé. Par un traitement chimique on transforme l indigo en une forme dérivée qui, soluble dans l eau, est capable de se fixer sur les fibres de l étoffe. Lorsque le tissu est retiré du bain, l oxydation par l air, transforme à nouveau le dérivé en indigo. Les anciens devaient utiliser des agents naturels (sucre, chaux, urine) et des procédés qui se distinguaient par une odeur repoussante et valaient aux teinturiers une certaine impopularité. C est pour cette raison qu en 1587 la reine Élisabeth fit interdire la préparation du pastel à moins de cinq milles de Londres. Dans l une des étapes de la fabrication, les feuilles étaient broyées et formaient une pâte (d où pastel) qui était ensuite pressée en boules de 15 cm de diamètre qu on appelait cocaignes ou cocagne. Le nom de pays de cocagne est par la suite resté dans la langue française pour désigner un pays riche. Avant le XIXe siècle, la rareté des pigments bleus anoblit l'indigo au rang de substance luxueuse. Depuis le XVIIe siècle, l indigo est importé d Inde puis d Amérique ce qui va bouleverser l économie. En 1609 Henri IV, réagit en interdisant l indigo d importation sous peine de mort. Au Bengale la culture de l indigotier avait prospéré au point de concurrencer la culture du riz et provoqué une disette. Après la découverte de la mauvéine par Perkin en 1856 c est l essor des colorants synthétiques. En 1880 les travaux de Baeyer aboutissent à la synthèse en laboratoire de l Indigo puis la firme allemande B.A.S.F. développe le procédé industriel en À cette date l Allemagne en importait 1400 tonnes, en 1904 elle en exportait 9000 tonnes. Le lucratif commerce lié à son extraction de l'indigotier fut ruiné par cette synthèse. Ce pigment devint alors courant au point de l'utiliser pour des vêtements aussi répandus que les jeans. Actuellement la production annuelle mondiale est de tonnes. Le marché du blue-jeans consomme 99% de cette production. Adolf Von Baeyer est un chimiste allemand né à Berlin en Après avoir enseigné à Berlin il devient professeur à l Université de Munich en 1875 où il succède à Liebig. En 1880 il définit la structure de l Indigo puis réalise la synthèse de ce colorant. Il obtient le Prix Nobel de chimie en D après un article de M. Chastrette dans l actualité chimique n 11 4 Novembre 1999 «chimie et vie quotidienne» Dans un erlenmeyer de 125 ml, verser 0,20 g de 2-nitrobenzaldéhyde (C 7H 5NO 3), 4 ml d acétone et 10 ml d eau distillée. Agiter très vivement à l aide d un agitateur magnétique. Ajouter lentement 1 ml de solution de soude (hydroxyde de sodium, NaOH). Attention : La soude est préparée par dissolution de 8 g de soude en pastille dans 100 ml d eau. Il faut porter gants et lunettes pour manipuler cette solution.

5 filtrer. Laver le précipité avec de l eau jusqu à ce que le filtrat soit incolore. Laver avec 5 ml d éthanol. Laisser sécher le solide. La solution passe de la couleur jaune foncé à une couleur plus sombre. L indigo précipite. quelques Après minutes, Exploitation 1. Quels sont les dangers liés à la soude? Déduire des pictogrammes les précautions à prendre pendant cette synthèse. 2. Quelle est la concentration molaire de la solution de soude utilisée? 3. Quelle est la couleur de l indigo obtenue? 4. Le mélange est-il homogène? L indigo est-il soluble dans l eau? 5. L indigo est-il un colorant ou un pigment? Justifier. 6. Ajuster la stœchiométrie de l'équation de la synthèse:. C 7H 5NO 3 (l) +.. C 3H 6O (l) +.. HO - (aq) C 16H 10N 2O 2(s) + CH 3CO 2 -(aq) + 4 H 2O (l) Molécule d indigo 7. Calculer les masses molaires : M indigo, M 2-nitrobenzaldéhyde et M acétone 8. Déterminez les quantités de matière initiales des réactifs (pour les formules à utiliser, attention à l'état physique dans lequel ces réactifs se trouvent, Données : acétone = 0,79 g.ml -1 ) 9. Quel est le réactif limitant? 10. Quelle est la masse d'indigo qui doit se former? 11. D après les résultats expérimentaux, comment déduire le rendement de la synthèse? 5