H + + H 2 O. Milieu acide

Transcription

1 Compétences travaillées : - Communiquer et argumenter en utilisant un vocabulaire scientifique adapté - Extraire et exploiter des informations - Valider ou invalider des hypothèses - Analyser un résultat expérimental Les alcools peuvent être produits par fermentation alcoolique, notamment le méthanol à partir du bois et l'éthanol à partir des fruits et des céréales. L'industrie n'y a recours que dans le cas de l'éthanol pour produire du combustible et des boissons. Dans les autres cas, les alcools sont synthétisés à partir des composés organiques tirés du gaz naturel ou du pétrole notamment par hydratation des alcènes. Les alcools sont utilisés dans l'industrie chimique comme: solvants : l'éthanol, peu toxique, est utilisé dans les parfums et les médicaments combustibles : le méthanol et l'éthanol peuvent remplacer l'essence et le fioul car leur combustion ne produit pas de fumées toxiques réactifs : les polyuréthanes, les esters ou les alcènes peuvent être synthétisés à partir des alcools antigels : la basse température de solidification de certains alcools comme le méthanol et l'éthylène glycol en font de bons antigels On désire réaliser au laboratoire la synthèse d un alcool. Après avoir consulté la littérature sur le sujet, deux possibilités sont envisagée à partir d un même produit : l hex-1-ène. On envisage une première voie de synthèse : + H 2 O H + Milieu acide OH «Protocole expérimental : On manipulera avec des gants et des lunettes. 1. Sous la hotte, introduire dans l'ampoule à décanter un volume Va = 20,0 ml d'acide sulfurique à 85% (voir ci-contre) puis un volume V0 = 10,0 ml d'hex-1-ène. Agiter très lentement en dégazant jusqu'à ce que le mélange devienne homogène (5 à 10 min). On ajoute ensuite à nouveau 10 ml d'hex-1-ène et l'opération précédente est répétée. 2. Le contenu de l'ampoule à décanter est ensuite versé dans un ballon de 250 ml contenant déjà 60 ml d'eau distillée. Mettre l'agitation magnétique en marche quelques minutes. Le mélange devient hétérogène à l issue de cette agitation. 3. Porter alors le mélange réactionnel au reflux pendant 5 minutes : combien de phase(s) observe-t-on alors? 4. Laisser le ballon refroidir à l'air puis le plonger dans un bain d'eau glacée avant de verser son contenu dans l'ampoule à décanter. Eliminer la phase aqueuse inférieure et récupérer la phase organique dans un erlenmeyer propre et sec. 5. Dans l'erlenmeyer, sécher la phase organique en ajoutant du sulfate de magnésium anhydre puis filtrer afin de recueillir le filtrat dans un bécher de 50 ml. 6. Réaliser une distillation fractionnée afin de recueillir la fraction principale. On a recueilli cette fraction principale à partir de 158 C.»

2 Questions : Q1. Quelle sont les groupes caractéristiques présents sur le réactif et le produit de la réaction? Quelles sont les fonctions chimiques (famille) de ces deux composés? Nommer le produit obtenu. Q2. Pourquoi est-il demandé, dans l étape 1, de procéder très lentement au mélange des réactifs? Q3. Déterminer la quantité de matière initiale en hex-1-ène et en eau. En déduire le réactif en défaut. Substances chimiques Hex-1-ène C 6 H 12 (l) Acide sulfurique H 2 SO 4 (l) 1 er produit C 6 H 14 O (l) Phrases danger et prudence et pictogramme H225 : Liquide et vapeurs très inflammables. H304 : Peut être mortel en cas d'ingestion et de pénétration dans les voies respiratoires. H290 : Peut être corrosif pour les métaux H314 : Provoque de graves brulures de la peau et des lésions oculaires H302 : Nocif en cas d ingestion Masse Molaire, données M = 84,2 g.mol -1 T fus = -139,8 C T eb = 63 C d = 0,67 Insoluble dans l eau Soluble dans les alcools M = 98,1 g.mol -1 T fus = 315 C (décomposition) d = très soluble dans l eau (1080 g.l 1 ) M = 102,2 g.mol -1 T fus = -44,6 C T eb = 157 C d = 0,82 Q4. Dessiner et annoter le montage à reflux mentionné dans l étape 3. Q5. Comment peut-on justifier la présence de deux phases en fin de réaction? Q6. Avant de procéder à la décantation de l étape 4, comment peut-on vérifier, par une manipulation très simple, que la phase inférieure est aqueuse. Q7. Quelle information apporte la température à partir de laquelle on a commencé à recueillir la fraction principale? Les spectres IR de l hex-1-ène et du produit obtenu après distillation sont donnés ci-dessous : Q8. Rechercher dans les tables les bandes caractéristiques de chacune des fonctions chimiques attendues. Q9. Identifier les composés A et B. Q10. A l aide de ces spectres IR, que peut-on conclure quant au produit obtenu?

3 A B On donne ci-après le spectre RMN du proton du produit obtenu : Q11. Interpréter ce spectre. Permet-il de confirmer la structure attendue?

4 0 Massif Multiplicité Déplacement chimique (ppm) A multiplet 3,79 B singulet 1,71 C multiplet 1,51 à 1,17 D doublet 1,184 E triplet 0,91 La réaction est à présent réalisée dans d autres conditions expérimentales (hydroboration BH 3 puis action d eau oxygénée H 2 O 2 en milieu basique) : (la chaine carbonée n est pas modifiée) 1) BH 3 2) H 2 O 2 Milieu basique Q12. Quels renseignements nous donne le spectre infrarouge du produit formé donné ci-dessous? Q13. S agit-il du même produit que dans la réaction 1? Justifier. Q14. Les deux processus envisagés sont appelé hydratation d un alcène : il s agit de l addition d eau sur la double liaison sous forme H et OH. Proposer une formule développée pour le composé obtenu ici et isomère du précédent. Q15. Cette structure est-elle compatible avec le spectre RMN du composé obtenu? Q16. Conclure sur l influence des conditions opératoires lors d une synthèse?

5 Massif Multiplicité Déplacement chimique (ppm) A multiplet 3,624 B singulet 1,79 C multiplet 1,32 à 1,56 D triplet 0,90

6 Annexe 1 : Tables donnant quelques pics de vibration caractéristiques de certaines liaisons C-O C-N C-C Annexe 2: Tables donnant quelques domaines de déplacements chimiques de protons