TP n 5 et chapitre 2 du cours de chimie organique : Analyse polarimétrique

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1 TP n 5 et chapitre 2 du cours de chimie organique : Analyse polarimétrique Plan 1. Le polarimètre de Laurent 1.1. Principe du polarimètre 1.2. Mise en œuvre pratique : mesure du pouvoir rotatoire d une solution aqueuse de saccharose 2. La loi de Biot 3. Composition d un mélange de stéréoisomères Application 1: Etude d un mélange de deux énantiomères Application 2 : Inversion du saccharose Vocabulaire Activité optique, polariseur, analyseur, polarimètre, pouvoir rotatoire, pouvoir rotatoire spécifique, loi de Biot, inversion du saccharose Programme officiel 29

2 TP n 5 et chapitre 2 du cours de chimie organique : Analyse polarimétrique 1. Le polarimètre de Laurent 1.1. Principe du polarimètre Rappel de la loi de Malus vue en TP de physique : α α=90 Un polariseur est placé sur le trajet d une lumière non polarisée. L intensité de la lumière polarisée est notée I1. Si on place un deuxième polariseur (=analyseur) qui fait un angle α avec le premier, l'intensité lumineuse après l'analyseur vaudra I2 = I1. cos 2 α Schéma de principe de la mesure d un pouvoir rotatoire : Source : Bréal Chimie PCSI 30

3 1.2. Mise en œuvre pratique : mesure du pouvoir rotatoire d une solution aqueuse de saccharose Le saccharose : le saccharose est notre sucre de table. Il est extrait de certaines plantes principalement de la canne à sucre et de la betterave sucrière. Le saccharose résulte de la condensation de deux unités : le glucose et le fructose. Le pouvoir sucrant du saccharose sert de référence pour les produits sucrants. Pourquoi le saccharose a-t-il un pouvoir rotatoire? Mesurer le pouvoir rotatoire d une solution de saccharose à 200,0 g.l 1. Utilisation du polarimètre de Laurent : Mise en route : Allumer la lampe à vapeur de sodium, la laisser chauffer et ne plus l éteindre pendant toute la durée du TP. Allumer la petite lampe auxiliaire qui permet la lecture. Réglage du zéro : Remplir le tube polarimétrique avec de l eau en évitant d enfermer des bulles d air. Pour cela fermer une des extrémités par un obturateur en verre et fermer avec un bouchon à filetage. Remplir le tube en position verticale jusqu ce qu il se forme un ménisque débordant. A l extrémité ouverte, chasser le liquide débordant en faisant délicatement glisser l obturateur puis fermer avec un bouchon. Les obturateurs en verre doivent être propres. Placer le tube dans l auge cylindrique et refermer le couvre tube L. 31

4 En regardant dans le viseur O, mettre au point par tirage de l oculaire sur la ligne de séparation entre les deux plages. Lorsque l on tourne l analyseur G dans un sens ou dans l autre, l éclairement des plages est modifié. Suivant le sens de rotation c est l une ou l autre qui s assombrit. Réaliser l égalité d éclairement des deux plages au minimum d éclairement c'est-à-dire l équipénombre. Pour plus de précision, on pourra effectuer une série d oscillations d amplitudes de plus en plus faibles autour de cette position. Regarder dans le viseur de lecture M. Si le zéro du vernier n est pas en face du zéro du cercle gradué agir sur la vis Z situé sous l oculaire pour faire coïncider les deux zéros. Pour vérifier le réglage, détruire l équipénombre, la rétablir et vérifier que les zéros coïncident toujours. Une fois réalisé, le zéro ne doit plus être modifié pendant toute la durée du TP. Mesure de l angle de rotation : Remplir le tube polarimétrique de la solution à étudier selon le protocole décrit précédemment. Refaire, si nécessaire, la mise au point sur la ligne de séparation des deux plages par tirage de l oculaire O. Tourner l analyseur pour retrouver l équipénombre. Lire le pouvoir rotatoire dans le viseur de lecture. Aide pour la lecture : Le cercle mobile à gauche est gradué de 0 à 180 vers le haut et vers le bas. Lorsque le zéro du vernier (à droite) se trouve dans une région du cercle où la graduation croît vers le bas (à gauche), l angle de déviation est positif et inversement. Chaque graduation du cercle mobile représente 0,5 et chaque graduation du vernier représente 0,05. Pour cet exemple, le zéro du vernier se situe dans une région du cercle où la graduation croît vers le bas, l angle de déviation est positif. Le zéro du vernier se situe entre les graduations 1,5 et 2 du cercle mobile. L angle de déviation est donc compris entre ces deux valeurs. La cinquième division du vernier coïncide avec une graduation du cercle mobile, il faut donc ajouter 0,05.5=0,25 à 1,5. Le pouvoir rotatoire est donc de 1, La loi de Biot Dans les tables on trouve le pouvoir rotatoire dit spécifique du saccharose dans l eau noté [ α ] = 66,5 cm. g. dm D 20 [ α ] D, En réfléchissant aux paramètres influant sur le pouvoir rotatoire, interpréter le pouvoir rotatoire spécifique. Proposer et mettre en œuvre un protocole permettant de déterminer expérimentalement ce pouvoir rotatoire spécifique. 32

5 3. Composition d un mélange de stéréoisomères Lorsqu une solution contient plusieurs molécules chirales (notées i, de concentration massique ci et de pouvoir rotatoire spécifique[ α ), la loi de Biot est additive : ] T i λ α = Application 1: Etude d un mélange de deux énantiomères Le limonène existe sous deux formes énantiomères le ()-limonène et le (-)-limonène Le pouvoir rotatoire spécifique du ()-limonène est : [ α ] = 10,6 L. g. dm. limonène D Du limonène est extrait de la peau d orange par hydrodistillation. On réalise une solution de l extrait dans l éthanol à 0,5g.L -1. Le pouvoir rotatoire α de la solution mesuré avec un polarimètre de Laurent (tube de 10 cm) pour la raie D du sodium à 20 C est de 4,89. Déterminer la proportion de chacun des énantiomères dans les écorces d oranges. Application 2 : Inversion du saccharose En présence d acide, le saccharose s hydrolyse pour donner du fructose et du glucose selon la réaction d équation : H 3 O C H O H O C H O C H O Saccharose Glucose Fructose MS = 342g.mol -1 MG = 180g.mol -1 MF = 180g.mol -1 [α]s = 66,5.dm -1.g -1.cm 3 [α]g = 52,7.dm -1.g -1.cm 3 [α]f = -92,2.dm -1.g -1.cm 3 Pouvoir sucrant = 1 0,69 1,14 25 cm 3 d une solution de saccharose à 200 g.l -1 et 25 cm 3 d acide chlorhydrique à 6 mol.l -1 sont placés dans deux béchers. L acide est rapidement versé dans la solution de saccharose tout en déclenchant le chronomètre. Une partie du mélange est transféré dans un tube polarimétrique (20cm) bien propre. Ce dernier est placé dans le polarimètre de Laurent. Le pouvoir rotatoire de la solution est relevé régulièrement pendant une quarantaine de minutes. t(min) α ( ) 2 11,4 4 9,35 6 8,5 8 7,4 10 6, , ,3 18 2,6 20 1, , ,2 30-0, ,3 37-1,7 Interpréter l évolution du pouvoir rotatoire de la solution. Prévoir par le calcul la valeur finale du pouvoir rotatoire et justifier le titre du paragraphe «inversion du saccharose». Prévoir si le mélange final sera plus ou moins sucré que le mélange initial. 33