Olympiades de chimie 2015. L huile essentielle. Les réponses aux questions sont données par : Gabrielle, Estelle et Andréa Elles sont corrigées et complétées par les professeurs. I) Principe APP. L écorce d orange contient du limonène (8% environ) ce qui lui donne une odeur particulière. Comme beaucoup de corps odorants, le limonène peut être extrait par hydrodistillation. On va ainsi obtenir une huile essentielle (peu soluble dans l eau), très riche en limonène mais contenant également d autres substances. On procèdera ensuite à une chromatographie sur couche mince de l huile essentielle, afin d identifier le limonène. Le TP se fera donc en trois parties : - Extraction de l huile essentielle par hydrodistillation - Séparation de l huile essentielle par décantation - Identification du limonène par chromatographie sur couche mince a) Ecrivez la formule semi développée du limonène. b) Donnez la formule brute du limonène. C 10 H 16 c) Construisez le modèles moléculaire du limonène
d) Cherchez le point commun entre les structure des molécules responsables de l odeur. Les cycles aromatiques sont communs aux molécules responsables de l'odeur. e) Cherchez pourquoi le limonène présent dans l orange et le citron ne donnera pas la même odeur. La géométrie du limonène est différente : le citron a un groupe d atome vers l'arrière alors que l'orange a ce même groupe vers l'avant, donc le nez ne perçoit l'odeur de la même façon. II) Extraction 1) Principe de l hydrodistillation.ana. Les espèces chimiques odorantes sont faites de molécules peu ou pas solubles dans l eau mais souvent volatiles. Initialement mélangées à de l eau, elles se vaporisent par chauffage en même temps que l eau et sont entrainées par la vapeur d eau vers un réfrigérant où elles se condensent (ainsi que l eau). A la sortie du réfrigérant, on recueille un liquide, le distillat : il est en général formé de deux liquides non miscibles (deux phases) : - la phase aqueuse, la plus abondante, est constituée d eau dans laquelle sont dissoutes très peu d espèces odorantes. - la phase organique (huile essentielle) est constituée des espèces odorantes. a) Discutez de la polarité du limonène. Le limonène est apolaire car les électrons de la liaison sont répartis entre les carbones et les hydrogènes de façon équilibrée. b) Discutez de la polarité de l eau. L'eau est polaire car les électrons de la liaison sont principalement vers l'oxygène. c) Expliquez pourquoi les deux liquides ne sont pas miscibles. Les 2 liquides ne sont pas miscibles car le limonène est apolaire alors que l'eau est polaire. préparation des oranges par Eléa
3) Protocole REAL. - Prélever le zeste de trois oranges avec le moins de peau blanche possible - Broyer ou mixer les écorces et les placer dans un ballon de 500 ml - Ajouter 100 ml d eau et quelques grains de pierre ponce - Réaliser le montage - Terminer le montage en branchant l eau du réfrigérant (L eau froide arrivant par le bas du réfrigérant.) - Brancher le thermostat du chauffe-ballon - Effectuer l hydrodistillation pendant 1 heure environ, à chauffage modéré - Récupérer le distillat dans un erlenmeyer. III) Séparation 1) Principe de la décantation Le but est de séparer les deux liquides non miscibles obtenus lors de la distillation. Par gravitation, le liquide le moins dense surnage. Quand les deux phases sont bien distinctes, on récupère la phase organique d un coté et la phase aqueuse d un autre. 3) Protocole REAL. - Une fois l hydrodistillation terminée, recueillir dans l éprouvette graduée le distillat (environ 60 ml) qui contient de l eau sur laquelle surnagent quelques gouttes d huile essentielle. Verser la totalité du distillat dans une ampoule à décanter - Rincer l erlenmeyer avec 20 ml d une solution saturée de chlorure de sodium, et verser son contenu dans l ampoule - Faire le schéma de l ampoule à décanter, en indiquant la phase aqueuse, la phase organique et indiquer ou se trouve l huile essentielle. - Agiter l ampoule en n oubliant pas de dégazer plusieurs fois. - Extraire la phase inférieure et la recueillir dans un petit erlenmeyer de 50 ml. Boucher l erlenmeyer - Y ajouter une spatule de sulfate de magnésium anhydre - Agiter, et recueillir la solution qui surnage dans un flacon.
4) Exploitation ANA. a) Justifiez l utilisation de la solution saturée de chlorure de sodium. Le chlore et le sodium désinfectent Correction : le chlorure de sodium diminue encore la solubilité de l huile essentielle dans l eau et facilitera la séparation des phases aqueuses et organiques. b) Justifiez l utilisation du sulfate de magnésium anhydre. Dans l'extraction d'une huile essentielle l'utilisation du sulfate de magnésium anhydre (avide d eau) permet de retirer les restes d'eau de la solution qui surnage (huile essentielle). IV) Identification. 1) Principe de la chromatographie Le but est d identifier les espèces chimiques par comparaison des rapports frontaux. Chaque espèce migre plus ou moins bien en fonction de ses affinités avec la phase fixe ou la phase mobile. 3) Protocole ANA. A étudier : huile essentielle d écorce d orange (recueillie lors de l hydrodistillation) en solution dans du dichlorométhane Arôme d orange commercial en solution dans du dichlorométhane Limonène en solution dans du dichlorométhane Eluant : cyclohexane Support fixe : plaque de chromatographie Proposez un protocole en précisant les mesures de précautions à prendre pour manipuler en sécurité. préparation de la chromatographie par Chloé Sous la hotte, avec des gants pour manipuler le cyclohexane et le dichlorométhane.
Elution et chromatogramme. 4) Exploitation VAL et COM. Pouvez-vous dire si l arôme d orange commercial contient du limonène naturel? Non, après trois chromatographies nous ne pouvons pas conclure. Les chromatogrammes sont difficilement exploitables.