Activité n 1 Synthèse d un liquide : l acétate d isoamyle Terminale S Chap. n 15 La synthèse d une espèce chimique liquide fait appel à des techniques de séparation et de purification très différentes de celles rencontrées lors de la synthèse d un solide. Quelles sont les techniques employées lors de la synthèse d une espèce liquide? 1. Identifier les fonctions chimiques des réactifs et du produit organique formé. 2. Nommer les réactifs et le produit organique dans la nomenclature officielle (IUPAC). 3. Quelles seront les précautions à prendre lors de la réalisation de cette synthèse?
Données : Synthèse 4. Quel est le catalyseur utilisé? Quel est son rôle? 5. Quel est le rôle de la pierre ponce? 6. Pour quelle raison chauffe-t-on le milieu réactionnel? Pourquoi chauffe-t-on à reflux? 7. Pourquoi refroidit-on ensuite le milieu réactionnel? Séparation 8. Si on augmentait nettement la durée du chauffage, resterait-il encore de l acide acétique et de l alcool isoamylique dans le milieu réactionnel? Justifier. 9. Quel est le rôle de l ampoule à décanter? 10. Indiquer, en justifiant, la composition des phases aqueuse et organique et leurs positions relatives dans l ampoule à décanter. 11. En exploitant le tableau de données, justifier le rôle joué par le chlorure de sodium. 12. Ecrire l équation de la réaction qui a lieu lors du lavage. On donne les couples acide/base mis en jeu : H2O,CO2(aq) / HCO3 (aq) CH3COOH(aq) / CH3COO (aq) 13. Quel est le rôle du lavage de la phase organique avec la solution saturée d hydrogénocarbonate de sodium (Na + (aq) + HCO3 (aq)) 14. Pourquoi agite-t-on l ampoule à décanter? A quoi est due la surpression observée? Purification 15. Quel est le rôle de la distillation? Expliquer brièvement le principe de la technique ainsi que la température à partir de laquelle on recueille le distillat. 16. Calculer le rendement de la synthèse dans l hypothèse où mp = 30,0 g Caractérisation 17. Pourquoi le spectre IR permet d affirmer qu il ne reste plus d alcool ou d acide dans le distillat? 18. Ce spectre peut-il être celui de l acétate d isoamyle? 19. Le spectre de RMN de l ester obtenu est donné au dos de cette feuille. Attribuer chacun des signaux en justifiant la réponse.
Correction activité n 1 Synthèse d un liquide : l acétate d isoamyle Terminale S Chap. n 15 1. Identifier les fonctions chimiques des réactifs et du produit organique formé. acide acétique : fonction acide carboxylique COOH alcool isoamylique : fonction alcool (primaire) OH acétate d isoamyle : fonction ester COO 2. Nommer les réactifs et le produit organique dans la nomenclature officielle (IUPAC). acide acétique : acide éthanoïque alcool isoamylique : 3-méthylbutan-1-ol acétate d isoamyle : éthanoate de 3-méthylbutyle 3. Quelles seront les précautions à prendre lors de la réalisation de cette synthèse? D après les pictogrammes des espèces précisés dans le tableau de données : acide acétique : à manipuler avec gants et lunettes alcool isoamylique : à manipuler sous la hotte pour ne pas respirer les vapeurs, avec gants et lunettes et tenir éloigné de toute flamme car il est inflammable. acétate d isoamyle : tenir éloigné de toute flamme car il est inflammable. Synthèse 4. Quel est le catalyseur utilisé? Quel est son rôle? Le catalyseur utilisé est l APTS. Il a pour rôle d accélérer la réaction. 5. Quel est le rôle de la pierre ponce? La pierre ponce permet de réguler l ébullition. 6. Pour quelle raison chauffe-t-on le milieu réactionnel? Pourquoi chauffe-t-on à reflux? On chauffe le milieu réactionnel pour accélérer la réaction. On chauffe à reflux pour éviter la perte de réactifs et de produits et ainsi travailler à volume constant. 7. Pourquoi refroidit-on ensuite le milieu réactionnel? Le milieu réactionnel est refroidi pour recondenser les vapeurs et pour pouvoir conduire la suite des opérations à froid. Séparation 8. Si on augmentait nettement la durée du chauffage, resterait-il encore de l acide acétique et de l alcool isoamylique dans le milieu réactionnel? Justifier. L équation de réaction indiquée dans le 1 er document nous montre que la réaction aboutit à un état d équilibre. Il restera donc toujours des réactifs à l état final. 9. Quel est le rôle de l ampoule à décanter? L ampoule à décanter permet de séparer la phase aqueuse et la phase organique. 10. Indiquer, en justifiant, la composition des phases aqueuse et organique et leurs positions relatives dans l ampoule à décanter. phase aqueuse : APTS et acide acétique car ils sont solubles dans l eau salée. phase organique : alcool isoamylique et acétate d isoamyle car ils sont très peu solubles dans l eau salée L acétate d isoamyle (espèce majoritaire de la phase organique) a une densité plus faible que celle de l eau salée. La phase organique constitue donc la phase supérieure et la phase aqueuse la phase inférieure. 11. En exploitant le tableau de données, justifier le rôle joué par le chlorure de sodium. Comment s appelle cette technique. Le chlorure de sodium permet de diminuer la solubilité des espèces chimiques organiques dans la phase aqueuse.
12. Ecrire l équation de la réaction qui a lieu lors du lavage. On donne les couples acide/base mis en jeu : H2O,CO2(aq) / HCO3 (aq) CH3COOH(aq) / CH3COO (aq) CH3COOH + HCO3 CH3COO + H2O + CO2 13. Quel est le rôle du lavage de la phase organique avec la solution saturée d hydrogénocarbonate de sodium (Na + (aq) + HCO3 (aq)) En lavant la phase organique avec la solution saturée d hydrogénocarbonate de sodium, l acide acétique est transformé en ion carboxylate, beaucoup plus soluble dans la phase aqueuse que dans la phase organique. Cette étape permet donc de purifier la phase organique. 14. Pourquoi agite-t-on l ampoule à décanter? A quoi est due la surpression observée? On agite l ampoule à décanter pour augmenter la surface entre les deux phases et augmenter la vitesse de transfert des espèces chimiques d une phase à l autre. La surpression observée est due à la formation du gaz CO2 résultant de la réaction écrite à la question 12. Purification 15. Quel est le rôle de la distillation? Expliquer brièvement le principe de la technique ainsi que la température à partir de laquelle on recueille le distillat. La distillation est une méthode de purification de liquides fondée sur les différences de température d ébullition des constituants d un mélange. Les traces d acide acétique seront les premières à passer (puisqu elles ont la température d ébullition la plus basse, donc la température à partir de laquelle on recueille du distillat est 118 C. 16. Calculer le rendement de la synthèse dans l hypothèse où mp = 30,0 g Le rendement d une synthèse est = n(produit) obtenu,expérimental n(produit) max,si réaction totale D après l équation de la réaction, on constate que les coefficients stœchiométriques sont égaux à 1 donc la quantité de matière maximale de produit qu on peut obtenir (ici l ester) si la réaction est totale est égale à la quantité de matière initiale du réactif limitant. D autre part, puisque les coefficients stœchiométriques sont égaux à 1, le réactif limitant est celui dont la quantité de matière initiale est la plus petite. Calcul des quantités de matière initiale de réactifs : n(alcool) = d(alcool) (eau) V(alcool) M(alcool) n(acide) = d(acide) (eau) V(acide) M(acide) = 0,81 1,00 40,0 88,1 = 1,05 1,00 50 60,1 = 0,37 mol = 0,87 mol D après l équation de la réaction, comme les coefficients stœchiométriques sont égaux à 1, on peut dire que l alcool est le réactif limitant (0,37 < 0,87) et on a : n(alcool)consommé = n(ester)max formé = 0,37 mol m(ester)max = n(ester)max formé M(ester) = 0,37 130,2 = 48g m p rendement : = = 30,0 = 0,63 soit 63 % m max 48 Caractérisation 17. Pourquoi le spectre IR permet d affirmer qu il ne reste plus d alcool ou d acide dans le distillat? Il n y a pas de bande entre 3 200 et 3 600 cm 1, ce qui implique l absence de la liaison O-H. On peut donc conclure qu il n y a plus de trace d alcool et d acide carboxylique. 18. Ce spectre peut-il être celui de l acétate d isoamyle? La bande intense vers 1 740 cm 1 est caractéristique de la liaison C=O des esters. 19. Le spectre de RMN de l ester obtenu est donné au dos de cette feuille. Attribuer chacun des signaux en justifiant la réponse. Voir ci-dessous