Généralités 2. Extraction

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1 Généralités 2 Extraction Coefficient de Partage K P Coefficient de Distribution K D 1

2 G2 Extraction définitions Le café est le produit d une extraction liquidesolide de café moulu. La vinaigrette est un mélange biphasique dans lequel le sel est extrait dans la phase aqueuse, le vinaigre. Une anesthésie est une extraction gaz-liquide: l anesthésique inhalé est extrait dans le sang 2

3 G2 Extraction définitions L extraction d un produit d un solvant A dans un solvant B a lieu entre deux solvants non miscibles. En règle générale, il s agit d une phase aqueuse et d une phase organique. La phase aqueuse peut être d acidité variable (ph 1 à 14) Il y a de nombreux solvants organique pouvant servir de phase organique à condition de ne pas être miscible à l eau! 3

4 G2 Extraction 1) Où est quel phase? A: le premier solvant présent dans l ampoule reste au bas de l ampoule B: c est toujours la phase aqueuse qui se situe au bas de l ampoule C: c est le solvant à plus haut poids volumique qui se situe au bas de l ampoule 2) Pourquoi dégazer à l étape 2? A: pour éviter une explosion due à l accroissement de pression interne B: c est optionnel C: pour laisser respirer les solutions 3) Pourquoi enlever le bouchon à l étape 3? A: pour ne pas le perdre B: pour laisser entrer l air permettant ainsi un écoulement laminaire par le robinet C: c est optionnel 4

5 G2 valeur de K P et lipophilie Tout composé, en présence d une solution biphasique comprenant une phase organique et une phase aqueuse, se partagera selon sa solubilité dans chacune des phases en présence. Le coefficient de partage est défini comme: K P = [composé] phase organique / [composé] phase aqueuse Un composé plus soluble dans la phase organique que dans la phase aqueuse aura un K P >1 montrant un caractère hydrophobe ou lipophile. A l inverse un composé plus soluble dans la phase aqueuse que dans la phase organique aqueuse aura un K P <1 montrant un caractère hydrophile. En général, dans la littérature on parle de log P: logp est synonyme de logk P. 5

6 G2 K P Le coefficient de partage est défini comme: K P = [composé] phase organique / [composé] phase aqueuse Pour un couple de solvant donné, K P est une constante Pour déterminer un K P, il faut (choisir les réponses correctes) A: mesurer [composé] phase organique et [composé] phase aqueuse B: mesurer [composé] phase aqueuse et connaître la quantité totale de composé C: mesurer [composé] phase organique D: mesurer [composé] phase aqueuse 6

7 G2 Trois expériences seront à réaliser en trois jours: G2A: détermination d un coefficient de partage K P pages 8-9 Et comparaison d efficacité d extractions G2B: le coefficient de distribution K D pages Un composé peut changer de polarité en fonction du ph ce qui affectera sa solubilité, donc son K P d où la nécessité de la notion de K D G2C: pages séparation de 3 composés avec des propriétés acido-basiques différentes par une série d extractions successives entre une phase organique et des phases a aqueuses à différents ph Pour être prêts à réaliser ces expériences, compléter les fiches réponses que vous rendrez à votre assistant avant chaque expérience 7

8 Première partie expérimentale: Détermination du coefficient de partage de l acide propionique dans un système toluène/eau Comment se distribue un composé entre deux phases immiscibles? G2A Acide propionique K P = [ac. prop.] toluène / [ac. prop] eau toluène eau Concentration? Questions: 1) K P est-elle une constante (A) ou une variable (B) pour un système donné (produit/phase1/phase2)? 2) Quels critères influencent cette distribution? Trouver la réponse correcte (A) les volumes des phases; (B) les solvants choisis Deuxième partie expérimentale: Comparaison d efficacité d une extraction à volume V (ci-dessus) avec deux extractions successives à volumes V/2 (ci-dessous) 3) Laquelle de ces deux toluène toluène solutions sera plus concentrée? eau1 eau 2 (A) Première expérience (B) Deuxième expérience eau1 eau 2 Concentration? Laquelle sera plus concentrée? 8

9 G2A - exercice Première partie: 30 moles de médicament K P = [mol] tol /[mol] eau V toluène =V eau = 1 toluène eau 1) Calculer K P A: 1 B: 2 C: 3 30 moles de médicament selon K P défini ci-dessus: distribuer les moles V toluène = 2 ; V eau 1 = V eau 2 = 1 K P = [mol] tol /[mol] eau toluène Eau 1 2) Où sont les 30 moles? A: 20 dans toluène et 10 dans H 2 O B: 22 dans toluène et 8 dans H 2 O C: 24 dans toluène et 6 dans H 2 O toluène Eau 2 Eau 1 Eau 2 3) La fraction toluène est extraite avec un nouveau volume d eau. Comment se répartissent les vingt-quatre molécules? A: environ 20 dans toluène et 4 dans H 2 O B: environ 19 dans toluène et 5 dans H 2 O C: environ 18 dans toluène et 6 dans H 2 O 4) Calculer les moles contenues dans les phases aqueuses eau et eau1+eau2. La quelle contient davantage de moles? Eau (A) ou eau1+eau2 (B)? 5) Pour extraire le médicament dans l eau vaut-il mieux A: procéder à une seule extraction avec un volume identique eau B: procéder à deux extractions successives avec deux «demi»-volumes eau1 puis eau2 9

10 G2B G2B: détermination du coefficient de distribution K D de l acide salicylique Lorsqu un composé existe sous différents états d ionisation selon l acidité de la solution aqueuse, sa solubilité aqueuse change en fonction du ph de la solution aqueuse. Un acide par exemple est déprotoné en milieu aqueux basique devenant ainsi très soluble: sa concentration en phase aqueuse (basique) est accrue. On définit alors un coefficient de distribution qui tient compte du ph K D (ph) = [ac. sal.] phase organique /[ac.sal.] eau ph Dans ce TP G2B, les coefficients de partage à ph1 et à ph8 de l acide salicylique seront déterminés CHCl 3 Eau ph1 K D (ph1) Acide salicylique K D (ph8) CHCl 3 Eau ph8 K D (ph1) = [ac. sal.] CHCl3 /[ac. sal.] eau ph1 K D (ph12) = [ac. sal.] CHCl3 /[ac. sal.] eau ph12 10

11 G2B G2B: le coefficient de distribution K D CHCl 3 Eau ph1 K D (ph1)? Acide salicylique K D (ph8)? CHCl 3 Eau ph8 Dans l acide salicylique 1) Identifier les sites acides et basiques A: acide carboxylique B: phénol C: aromatique D: alcool 2) Quel est le pka de l acide carboxylique de l acide salicylique? A: 1 B: 3 C:8 D:13 3) Quel est le pka du phénol de l acide salicylique? A: 1 B: 3 C:8 D:13 4) Sous quelle forme l acide salicylique se trouve à ph 1 5) ph 5 6) ph8 7) ph14 8) ionisation impossible 11 A B C D

12 G2B G2B: le coefficient de distribution CHCl 3 Eau ph1 K D? Acide salicylique K D? CHCl 3 Eau ph8 Voici les trois états d ionisation de l acide salicylique 1) Laquelle ou lesquelles sont soluble(s) en milieux aqueux? A B C Si on introduit des cristaux d acide dans les milieux suivants, sous quelle forme seront-ils? 2) H 2 O à ph1 3) seront-ils solubles A: oui B: non 4) H 2 O à ph8 5) seront-ils solubles A: oui B: non 6) CHCl 3 7) seront-ils solubles A: oui B: non 12

13 G2B TP H 2 O ph1 CHCl 3 H 2 O ph8 CHCl 3 1) Au vu des réponses de la page précédente, dans quel compartiment y aura-t-il davantage d acide salicylique? 3) Au vu des réponses de la page précédente, dans quel compartiment y aura-t-il davantage d acide salicylique? A: phase aqueuse B: phase organique A: phase aqueuse B: phase organique 2) Sachant que K D (ph1) = [ac sal] phase organique /[ac sal] eau ph1 est-ce que K D (ph1) >1 (A) ou K D (ph1) <1 (B) 4) Sachant que K D (ph8) = [ac sal] phase organique /[ac sal] eau ph8 est-ce que K D (ph8) >1 (A) ou K D (ph8) <1 (B) 13

14 G2C Séparation de 3 composés de différente acidité Identifier les fonctions présentes sur les trois produits ci-dessous. Imine A Éther B Acide carboxylique C Ester D Amide E Amine F 1) aspirine 2) phénacétine 3) caféine Lesquelles de ces fonctions sont Imine A Éther B Acide carboxylique C Ester D Amide E Amine F 4) Acide? 5) On Basique peut? donc conclure que 6) l aspirine est acide (A) / neutre (B) / basique (C) 7) la phénacétine est acide (A) / neutre (B) / basique (C) 8) la caféine est acide (A) / neutre (B) / basique (C) 14

15 G2C Séparation de 3 composés de différente acidité Si le pka de l aspirine est de 3.5 et le pka de l acide conjugué de la caféine est d environ 0, sous quelle forme se trouvera chacun des composés dans les milieux rencontrés lors de l expérience G2C? A C D B E H 2 O HCl 4M H 2 O NaHCO 3 0.5M Chloroforme Caféine 1) 2) 3) Aspirine 4) 5) 6) Phénacétine 7) 8) 9) 15

16 G2C Séparation de 3 composés de différente acidité Quelle(s) molécule(s) sont présentes dans chacune des cases de ce tableau? 1) 2) 3) A C D 4) 5) 6) 7) B E 8) 9) 16