Recherche des pictogrammes de danger :

Associer à chaque pictogramme de danger sa signification.

Choisir dans la liste ci-dessous :

-  Corrosif 

-  Inflammable 

-  Dangereux pour l’environnement 

-  Dangereux pour la santé.

Recherche des pictogrammes de danger :

 Pictogrammes

Prélever un liquide :

Lors d’une synthèse , on doit prélever 0,10 mol d’anhydride éthanoïque noté A.

-  Décrire le prélèvement de cette espèce liquide en précisant le matériel utilisé.

-  Données relatives à l’anhydride éthanoïque :

-  ρ (A) = 1,08 g . mL^–1

-  M (A) = 102,1 g . mol^–1.

-  Pictogrammes :

Prélever un liquide :

  Lors d’une synthèse , on doit prélever 0,10 mol

  d’anhydride éthanoïque noté A.

-  Prélèvement de cette espèce liquide

-  le matériel utilisé.

-  Quantité de matière d’anhydride éthanoïque à prélever :

-  n (A) = 0,10 mol

-  Masse m d’anhydride éthanoïque à prélever :

-  m (A)  = n (A)  . M (A)

-  m (A) = 0,10 × 102,1

-  m (A) ≈ 10,21 g

-  m (A) ≈ 10 g

-  Matériel utilisé : gants, lunettes, blouse,

-  Ne pas approcher l’espèce chimique d’une source de chaleur

  ou d’une étincelle

-  Bécher ou erlenmeyer de 50 mL, balance et pipette pour ajuster

  la valeur de la masse.

-  Mode opératoire :

-  Verser une quantité suffisante d’anhydride éthanoïque dans un bécher

-  Placer l’erlenmeyer sur la balance et appuyer sur le bouton « Tare ».

-  Verser environ 9,0 g d’anhydride éthanoïque dans l’erlenmeyer

-  Puis ajuster la valeur avec une pipette.

-  Enfin, verser le liquide dans le ballon réactionnel.

-  On peut travailler avec le volume puisque l’espèce chimique est liquide :

-  Volume d’anhydride éthanoïque à prélever :

-   

-  Matériel utilisé : gants, lunettes, blouse ,

-  Ne pas approcher l’espèce chimique d’une source de chaleur ou

  d’une étincelle

-  Bécher ou erlenmeyer de 50 mL, pipette graduée de 10,0 mL munie

  de sa propipette.

-  Mode opératoire :

-  Verser une quantité suffisante d’anhydride éthanoïque dans un bécher

-  Remplir la pipette graduée de 10 mL.

-  Verser la quantité nécessaire (9,5 mL) dans l’erlenmeyer.

-  Enfin, verser le liquide dans le ballon réactionnel.

Calculer des quantités de réactifs :

-  Calculer les quantités de matière des réactifs introduits dans

  le ballon schématisé ci-dessous.

-  Données :

-  Bromobenzène :

-  ρ₁ = 1,08 g . mL^–1

-  M₁ = 157,0 g . mol^–1.

-  Magnésium :

-  M₂ = 24,3 g . mol^–1

Associer un schéma à une étape :

Les étapes de préparation d’un savon au laboratoire sont présentées ci-dessous :

Étape 1 :

Mélanger dans un ballon :

18 mL d’huile de soja,

40 mL d’une solution de concentration 50 g . L^–1 en hydroxyde de sodium

2 mL d’éthanol.

Chauffer à reflux pendant 30 min.

Étape 2 :

Laisser refroidir le mélange quelques minutes,

Puis transvaser dans un bécher contenant une solution aqueuse de chlorure de sodium.

Étape 3 :

Filtrer  sous vide le précipité obtenu,

Rincer à l’eau salée, sécher et peser.

La masse obtenue expérimentalement est m_exp = 10,5 g.

-  Pour chaque étape de la synthèse, choisir le dispositif adapté parmi ceux

  proposés ci-dessous.

Isoler un produit solide :

Le bénorilate est un solide très soluble à chaud et peu soluble à froid

dans un mélange eau-éthanol. Pour le synthétiser, on introduit,

dans 100 mL d’un mélange d’eau-éthanol :

-  18,0 g d’aspirine :

-  15,1 g de paracétamol 

-  Quelques gouttes d’acide sulfurique concentré.

Le mélange est ensuite chauffé à reflux pendant 30 min.

-  Rédiger un protocole expliquant comment isoler les cristaux de

bénorilate après refroidissement du mélange.

Isoler un produit solide :

-  Chauffage à reflux :

-  On chauffe pour accélérer la réaction qui est lente à température ambiante.

-  On chauffe aussi pour rendre le milieu réactionnel plus homogène.

-  Le chauffage à reflux permet de chauffer tout en évitant les pertes par évaporation.

-  Ce montage permet de maintenir le milieu réactionnel à une température constante,

    en l'occurrence pratiquement la température d'ébullition du solvant.

-  Les vapeurs sont condensées dans le réfrigérant et retournent à l'état liquide dans

    le ballon.

-  Les réactifs et les produits restent dans le milieu réactionnel.

-  Il permet d’accélérer la réaction sans perte de matière.

-  Protocole expliquant comment isoler les cristaux de bénorilate après

    refroidissement du mélange :

-  On réalise la trempe du mélange réactionnel pour faire précipiter le bénorilate.

-  C’est-à-dire que l’on refroidit brusquement le mélange réactionnel pour

    obtenir les cristaux de bénorilate.

-  On peut laver les cristaux avec un mélange glacé eau-éthanol.

-  On réalise une recristallisation pour purifier le bénorilate.

-  Pour se faire, on dissout le bénorilate dans un mélange eau-éthanol

    que l’on chauffe.

-  Puis on refroidit brusquement pour obtenir à nouveau les cristaux de bénorilate.

-  On filtre le mélange réactionnel sous pression réduite.

-  On place les cristaux dans une boîte de Pétri.

-  On utilise une étuve pour effectuer le séchage du bénorilate.

 - ADDITIF :  

-  Le Salipran® est un médicament di-antalgique utilisé notamment

    contre la douleur.

-  Le principe actif en est le bénorilate.

-  C’est le seul produit organique obtenu lors de la réaction entre l’aspirine

    et le paracétamol.

-  Synthèse du bénorilate (Un di-antalgique, le Salipran®)

-  La synthèse du bénorilate est une réaction d’estérification.

-  L’inverse de cette réaction est l’hydrolyse de l’ester.

-  La synthèse du bénorilate est une réaction sélective.

-  Le groupe hydroxyle du paracétamol réagit avec le groupe carboxyle

    de l’aspirine.

-  Les fonctions amide et ester de ces deux réactifs ne sont pas concernées

    par cette synthèse.

-  Lors de l’hydrolyse, on obtient le paracétamol et l’aspirine.

-  Le bénorilate est un « di-antalgique » car lors de l’hydrolyse,

    il libère deux molécules antalgiques, le paracétamol et l’aspirine.

Connaître des techniques d’analyse :

-  Citer une technique d’analyse permettant  d’identifier :

-  Un liquide 

-  Un solide 

-   Un solide ou un liquide.

Proposer une technique d’analyse :

Le camphre est le principal constituant du baume du tigre.

-  Du camphre est synthétisé au laboratoire.

-  Expliquer comment l’identifier en mesurant l’une de ses caractéristiques.

-  Données :

-  T_fus (camphre) = 175 ° C

-  T_éb (camphre) = 209 ° C

Proposer une technique d’analyse :

-  Synthèse du camphre :

-  C’est un solide blanc que l’on peut obtenir par entrainement à la vapeur de

    l’écorce, des racines et des branches du camphrier.

-  Le camphre peut être synthétisé par oxydation du bornéol ou de l’isobornéol.

-  L’oxydation peut être réalisée avec des sels de chrome qui sont extrêmement toxiques

-  L’oxyde de chrome CrO₃ (s) est oxydé en ion Cr³⁺ en milieu acide.

-  Alors que le bornéol ou l’isobornéol est réduit en cétone.

-  « Oxydation verte » :

-  Afin de ne pas utiliser les sels de chrome dans certains sont cancérogènes,

    on préfère utiliser l’eau de javel comme source d’ions hypochlorite CℓO^–.

-  Pour identifier le camphre synthétisé, on peut mesurer la température de

    fusion du solide obtenu au banc Köfler (à réaliser sous la hotte).

-  Attention : 

- Les cristaux sont très fins et « volants ».

- De plus, le camphre se sublime facilement et il est inflammable.

-  On peut réaliser une C.C.M.

-  On dissout le solide blanc dans un solvant adapté (éthoxyéthane ou propanone).

-  On fait  sur une plaque de silice un dépôt d’isobornéol, de camphre pur et du

    produit synthétisé.

-  Comme éluant on choisit un mélange de cyclohexane et d’éthanoate d’éthyle

    (80 % et 20 %)

-  La révélation :

-  Comme révélateur, on choisit une solution diluée de permanganate de potassium

-  Après élution, on plonge la plaque CCM dans une solution diluée de

    permanganate de potassium.

-  Puis, on sèche la plaque CCM  (sèche-cheveux) et on analyse le chromatogramme.

- Formule brute : C₁₀H₁₆O

- Nom : 1,7,7-triméthylbicyclo[2.2.1]heptan-2-one

- Formule semi-développée :

- Formule topologique :

 - Représentation 3D :

Interpréter un chromatogramme :

La synthèse de lidocaïne est réalisée en faisant agir de la

N-chloroacétyl-2,6-diméthylaniline (notée A)

et de la diéthylamine (notée B).

Sur une plaque à chromatographie, on dépose une solution :

-  Du réactif A, en 1 

-  Du produit synthétisé, en 2 

-  De lidocaïne commerciale, en 3.

Après révélation, on obtient le chromatogramme ci-dessous.

-  Quelles conclusions peut-on tirer de l’analyse du chromatogramme.

Interpréter un chromatogramme :

-   Analyse du chromatogramme :

-  Dépôt 1 : réactif A

-  Dépôt 2 : Produit synthétisé,

-  Dépôt 3 : lidocaïne commerciale :

-  Le produit synthétisé n’est pas pur car  on observe deux taches.

-  C’est un mélange :

-  Du réactif A : on observe une tache à la même hauteur que le réactif A

-  De lidocaïne commerciale :

    on observe une tache à la même hauteur que la lidocaïne commerciale.

-  En conséquence, soit :

-  La réaction de synthèse n’était pas terminée

-  La réaction de synthèse n’est pas totale

-  La lidocaïne a été introduite en excès.

ADDITIF :

-  Synthèse de lidocaïne

-  La lidocaïne est un anesthésique local très utilisé en pédiatrie

    et un antiarythmique de la famille des amino-amides.

-  Équation chimique de la synthèse :

-  Molécule A (familles des amides) :

-  Nom : N-chloroacétyl-2,6-diméthylaniline

    ou 2-chloro-N-(2,6-dimethylphenyl)acétamide

-  Formule brute : C₁₀H₁₂CℓNO

-  Molécule B  (famille des amines) :

-  Nom : diéthylamine ou N-éthyléthanamine.

-  Formule brute : C₄H₁₁N

-  La lidocaïne (famille des amides) :

-  Nom : 2-(diéthylamino)-N-(2,6-diméthylphényl)acétamide

-  Formule brute : C₁₄H₂₂N₂O

-  Molécule C :

-  Nom : chlorure d’hydrogène :

-  Formule brute : HCℓ

Calculer le rendement :

Un ester de formule C₁₂H₂₂O₂ peut être préparé à partir d’une quantité

n₁ = 0,193 mol d’acide éthanoïque C₂H₄O₂ et d’une quantité

n₂ = 0,100 mol de menthol C₁₀H₂₀O.

L’équation de la réaction  est :

C₁₀H₂₀O (ℓ) + C₂H₄O₂ (ℓ) → C₁₂H₂₂O₂ (ℓ) + H₂O (ℓ)

Dans ces conditions, on obtient une masse m = 12,0 g d’ester.

1.  Identifier le réactif limitant.

2.  Calculer le rendement de la synthèse.

-  Donnée :

-  M (Ester) = 198 g . mol^–1.

La betterave sucrière :

Le saccharose contenu dans une betterave sucrière est extrait avec de l’eau.

À la fin de l’extraction, on recueille une solution aqueuse S de saccharose.

On réalise ensuite une hydrolyse du saccharose contenu dans cette solution à

l’aide du montage à reflux.

Cette hydrolyse peut être modélisée par la réaction d’équation :

1.  Groupes présents :

a.  Identifier et nommer l’un des groupes caractéristiques présents dans

la molécule de saccharose.

b.  Proposer une explication à la grande solubilité du saccharose dans l’eau.

2.  Montage utilisé :

a.  Schématiser et légender le montage de chauffage à reflux.

b.  Préciser le rôle du réfrigérant.

3.  Afin de suivre la réaction d’hydrolyse, on réalise une chromatographie sur couche mince :

-  Dépôt A : solution de saccharose de référence 

-  Dépôt B : solution de glucose de référence 

-  Dépôt C : solution de fructose de référence 

-  Dépôt D : solution S de saccharose 

-  Dépôt E : échantillon prélevé au cours de l’hydrolyse 

-  Dépôt F : échantillon prélevé à la fin de l’hydrolyse .

Après élution et révélation, on obtient le chromatogramme ci-dessous sur lequel

les taches correspondant aux dépôts D, E et F ont été masquées.

Retrouver leurs positions.

-  Données :

-  Formule semi-développée du saccharose :

-  On suppose que la transformation est totale, que l’eau est en excès et

   qu’initialement la betterave ne contenait ni glucose et ni fructose.

La betterave sucrière :

1.  Groupes présents :

a.  Identification et nom des groupes caractéristiques présents dans la molécule de saccharose.

-  Groupe  hydroxyle : – OH (famille des alcools)

-  Groupe éther oxyde : C – O – C (famille des éthers)

b.  La grande solubilité du saccharose dans l’eau.

-  La grande solubilité du saccharose dans l’eau est liée à la présence de liaisons hydrogène

   entre les molécules d’eau et les molécules de saccharose.

   Ceci est lié à la présence des groupes hydroxyle : – OH.

2.  Montage utilisé :

a.  Schéma et légende du montage de chauffage à reflux.

b.  Rôle du réfrigérant.

-  Les vapeurs sont condensées dans le réfrigérant et retournent à l'état liquide dans le ballon.

-  Les réactifs et les produits restent dans le milieu réactionnel.

 3.  Chromatogramme complet :

-  Dépôt D : solution S de saccharose : on obtient une tache à la même hauteur que le dépôt A.

    Le saccharose contenu initialement dans une betterave sucrière ne contient ni glucose et ni fructose.

-  Dépôt E : échantillon prélevé au cours de l’hydrolyse  au cours de l’hydrolyse le mélange

    réactionnel contient encore du saccharose et il s’est formé du glucose et du fructose.

    On observe deux taches : un au niveau du saccharose et une au niveau du glucose et du fructose.

    Le glucose et le fructose donne une tache à la même hauteur.

-  Dépôt F : échantillon prélevé à la fin de l’hydrolyse. En fin de réaction, tout le saccharose a disparu :

    c’est le réactif limitant de la réaction d’hydrolyse.

    On observe une tache au niveau du glucose et du fructose

ADDITF :

-  Le saccharose :

-  Formule brute : C₁₂H₂₂O₁₁

-  Nom : 2-{[3,4-dihydroxy-2,5-bis(hydroxyméthyl)oxolan-2-yl]oxy}-6-(hydroxyméthyl)oxane-3,4,5-triol

-  Formule semi-développée :

-  Formule topologique :

- Le glucose :

- Formule brute : C₆H₁₂O₆ 

- Modèle du glucose linéaire :

- Cette molécule possède un groupe carbonyle, famille des aldéhydes.

- Elle possède aussi 5 groupes hydroxyle (famille des alcools)

H (●)  C (●)  O (●)

- Nom : 2,3,4,5,6-pentahydroxyhexanal

- Formule semi-développée :

- Formule semi-développée du glucose (forme cyclique) :

- Nom : 6-(hydroxyméthyl)oxane-2,3,4,5-tetrol

- Cette molécule possède un groupe éther oxyde C – O – C (famille des éthers)

  et 5 groupes hydroxyle (famille des alcools)

- Formule topologique du glucose cyclique :

- Le fructose :

- Formule brute : C₆H₁₂O₆

- Modèle du fructose linéaire :

- Cette molécule possède un groupe carbonyle (famille des cétones)

   et 5 groupes hydroxyle (famille des alcools).

- Nom : 1,3,4,5,6-pentahydroxyhexan-2-one

- C’est un hexose (sucre à 6 atomes de carbone) qui présente la même formule brute que le glucose.

- Le fructose a tendance à former un cycle de type pyranose (5 atomes de carbone et 1 atome d’oxygène).

fructopyranose

- Cette molécule possède un groupe éther oxyde C – O – C (famille des éthers)

  et 5 groupes hydroxyle (famille des alcools)

- Nom : 2-(hydroxyméthyl)oxane-2,3,4,5-tétrol

- Il peut former un cycle de type furanose (4 atomes de carbone et 1 atome d’oxygène).

(fructofuranose)

- Nom : 2,5-bis(hydroxyméthyl)oxolane-2,3,4-triol

Ester à odeur de rhum :

L’industrie alimentaire met sur le marché de nombreux produits à odeur de rhum mais,

pour des raisons économiques, beaucoup de contiennent pas de rhum.

Ces produits doivent leur odeur au méthanoate d’éthyle C₃H₆O₂ que l’on peut synthétiser.

L’équation de la réaction s’écrit :

CH₃ – CH₂ – OH (ℓ) + HCOOH (ℓ) → CH₃ – CH₂ – O – CO – H (ℓ) + H₂O (ℓ)

ou

SYNTHÈSE

►  Introduire dans un ballon :

-  Un volume V₁ = 15,0 mL d’éthanol, CH₃ – CH₂ – OH (ℓ)

-  Un volume V₂ = 10,0 mL d’acide méthanoïque , HCOOH (ℓ)

-  Environ 1 mL d’acide sulfurique concentré

-  Et des grains de pierre ponce.

►  Réaliser le montage représenté ci-dessous :

►  Lorsque la transformation est terminée, REFROIDIR le ballon.

1.  Étude du montage :

a.  Nommer, schématiser et légender le montage ci-dessus.

b.  Justifier que le liquide recueilli dans l’erlenmeyer est du méthanoate d’éthyle.

2.  Quantités de matière :

a.  Calculer les quantités de matière de réactifs initialement introduits.

b.  En déduire la quantité maximale n_max de méthanoate d’éthyle attendue.

c.  Dans l’hypothèse d’un rendement de 100 % calculer le volume maximum du

méthanoate d’éthyle attendu.

d.  Quelles observations expérimentales permettent de savoir que la réaction est terminée ?

3.  Une analyse du produit obtenu donne un spectre infrarouge ci-dessous.

En quoi ce spectre montre-t-il que le produit est différent des réactifs introduits initialement.

-  Données :

-  Températures d’ébullition :

-  T_éb (C₂H₆O) = 78 ° C : T_éb (HCOOH) = 101 ° C 

-  T_éb (C₃H₆O₂) = 57 ° C 

-  Masses volumiques :

-  ρ (C₂H₆O) = 0,789 g . mL^–1  ρ (HCOOH) = 1,22 g . mL^–1 

-  ρ (C₃H₆O₂) = 0,902 g . mL^–1 

-  Bandes de vibrations :

Groupe hydroxyle :

Groupe carbonyle :

Groupe carboxyle :

-  Classification périodique :

Ester à odeur de rhum :

1. Étude du montage :

a.  Nom, schéma et légende du montage :

-  Distillation fractionnée.

b.  Le distillat : le méthanoate d’éthyle.

-  Températures d’ébullition :

-  T_éb (C₂H₆O) = 78 ° C : T_éb (HCOOH) = 101 ° C 

-  T_éb (C₃H₆O₂) = 57 ° C 

-  Au cours de la distillation fractionnée, les réactifs et les produits se vaporisent

  et monte dans la colonne à distillée.

-  Au cours de l'ascension, le mélange s'enrichi en corps le plus volatil (ici l'ester).

-  C’est le méthanoate d’éthyle qui a la température d’ébullition la plus faible.

-  En tête de colonne, le thermomètre affiche une température voisine de 57 ° C

  (cette température dépend de la pression atmosphérique)

-  En tête de colonne, on obtient le corps le plus volatil (l’ester) pratiquement pur.

-  Le distillat, c’est-à-dire le méthanoate d’éthyle, est ensuite condensé grâce au réfrigérant.

2.  Quantités de matière :

a.  Quantités de matière de réactifs initialement introduits.

-  Un volume V₁ = 15,0 mL d’éthanol, CH₃ – CH₂ – OH (ℓ)

-  Un volume V₂ = 10,0 mL d’acide méthanoïque , HCOOH (ℓ)

-  ρ₁ = ρ (C₂H₆O) = 0,789 g . mL^–1 

-  ρ₂ = ρ (HCOOH) = 1,22 g . mL^–1 

-  Masse molaire de l’éthanol :

-  M₁ = M (C₂H₆O) = 2 M (C) + 6 M (H) + M (O)

-  M₁ = 2 × 12,0 M (C) + 6 × 1,01 + 16,0

-  M₁ ≈ 46,1 g . mol^–1

-  Quantité de matière d’éthanol : n₁

-   

-  Masse molaire de l’acide méthanoïque :

-  M₁ = M (HCOOH) = M (C) + 2 M (H) + 2 M (O)

-  M₁ = 12,0 M (C) + 2 × 1,01 + 2 × 16,0

-  M₁ ≈ 46,0 g . mol^–1

-  Quantité de matière d’acide méthanoïque : n₂

-   

-  Remarque : l’acide sulfurique catalyse la réaction d’estérification.

b.  Quantité maximale n_max de méthanoate d’éthyle attendue.

-  Tableau d’avancement de la réaction :

-  L’eau ne joue pas le rôle de solvant. C’est un produit de la réaction.

-  La réaction d’estérification donne lieu à un équilibre chimique.

-  Mais comme l’ester est éliminé du mélange réactionnel au fur et à mesure qu’il se forme,

  ceci entraîne un déplacement de l’équilibre chimique et la réaction est totale.

-  La réaction se fait mole à mole.

-  Le réactif limitant est l’éthanol : x_max = n₁ ≈ 0,257 mol ≈ n_max < n₂

c.  Volume maximum du méthanoate d’éthyle attendu.

-  Dans l’hypothèse d’un rendement de 100 % :

-  V (C₃H₆O₂) = V_max

-  n (C₃H₆O₂) ≈ 0,257 mol

-   

d.  Observations expérimentales permettant de savoir que la réaction est terminée :

-  Au cours de l’expérience, il faut surveiller la température affichée par le thermomètre.

-  Au cours de la réaction, le thermomètre affiche la température d’ébullition de l’espèce

  chimique la plus volatile présente dans le mélange réactionnel : le méthanoate d’éthyle.

-  Lorsque la réaction est terminée, la température affichée par le thermomètre baisse

  momentanément puis augmente à nouveau.

-  On peut arrêter le chauffage.

-  On n’observe plus de gouttes de distillat tomber dans l’erlenmeyer.

3.  Étude du spectre infrarouge.

-  On n'observe pas les bandes vibrations caractéristiques des liaisons – O – H :

-  Bande forte et large (3200 cm^–1 – 3400 cm^–1) pour les alcools 

-  Bande forte et large (2600 cm^–1 – 3200 cm^–1) pour les acides carboxyliques.

-  En conséquence, le produit obtenu est bien différent des réactifs.

- Spectre IR de l'éthanol :

- Spectre IR de l'acide méthanoïque :

TP de chimie : Synthèse du méthanoate d'éthyle

Exercice : Synthèse d'un liquide