TP Orga 1 [PDF]

Zitiervorschau

République algérienne démocratique et populaire

Ministère de l'enseignement supérieur et de la recherche scientifique université de la science et de la technologie Houari Boumediene Faculté de chimie

Projet tp organique

Présenter par : -HAMMOUCHE Nassima

161632027826

-Kerroum Ikram

171738015290

SPECIALITE / SECTION : -

Troisième année licence en chimie /B

2019/2020

PARTIE 1 : TP INITIATION A. CHAUFFAGE A REFLUX : Principe :Le chauffage à reflux une technique expérimentale ayant pour but de permettre la conduite accélérée d’une réaction chimique à température constante , et sans perte de matière des réactifs ou des produits.

Un ballon contenant un milieu réactionnel constitué par plusieurs réactifs et un ou plusieurs solvants est chauffé avec un chauffe-ballon ou un bain-marie, et les vapeurs issues du chauffage sont condensées grâce à un réfrigérant à boules placé en position verticale au dessus du ballon. La température reste constante car l'ébullition d'un composé se produisant à température constante, en général, le milieu réactionnel conserve la température d'ébullition du solvant le plus volatil dont il est constitué . MONTAGE:

B. DISTILLATION : Principe :La distillation est un procédé de séparation d’un mélange de substances liquides dont les températures d'ébullition sont différentes. Elle permet de séparer les constituants d'un mélange homogène. Sous l'effet de la chaleur ou d'une faible pression (loi des gaz parfaits), les substances se vaporisent successivement, et la vapeur obtenue est liquéfiée pour donner le distillat. a. Distillation simple : La séparation se fait grâce à la différence de volatilité (capacité à s’évaporer selon la température) entre les constituants.  Le bouilleur porte à ébullition le mélange ;  Les vapeurs du composé le plus volatil montent plus facilement ;  Le condenseur transforme les vapeurs en liquide par condensation ;  Le distillat a une concentration plus élevée en composé le plus volatil.   b. Distillation fractionnée : On utilise aussi le terme de rectification. La séparation s’effectue par fractionnement. Le principe est le même que la distillation simple mais se distingue par l'utilisation d'une colonne de séparation, qui permet une meilleure discrimination des constituants du mélange. Lorsque les vapeurs montent dans la colonne leur température diminue (éloignement de la source chaude). Elles ont tendance à se reliquéfier au contact des pointes de la colonne de Vigreux. Le mélange étant devenu plus riche en composé volatil qu’à l’origine, sa température d’ébullition Le mélange entre à nouveau en ébullition et les vapeurs continuent à monter dans la colonne. La colonne à distillée est le lieu d’un équilibre liquide-vapeur où il y a une succession de vaporisationliquéfaction. En haut de la colonne le mélange contient beaucoup plus de composé le plus volatil.

MONTAGE:

C. EXTRACTION : Principe : L'extraction liquide-liquide repose sur la différence d'affinité d'un soluté entre deux phases liquides non-miscibles. Considérons un soluté A en solution dans l'eau à extraire par une phase organique non-miscible à l'eau. Lorsque les deux phases liquides sont en contact il s'établit l'équilibre de partage suivant pour A (figure 1) : Figure 1. Équilibre de partage d'un soluté A entre deux phases liquides nonmiscibles (aqueuse et organique)

Cet équilibre est caractérisé par une constante thermodynamique KpKp appelée le coefficient de partage : Kp=[Aorg]/[Aaq]Kp=[Aorg]/[Aaq][1]. L'extraction sera d'autant plus efficace que le coefficient de partage est grand; on choisit, lorsque cela est possible, un solvant d'extraction dans lequel le soluté est très soluble. Nous montrons au paragraphe 3 que les extractions multiples sont plus efficaces que l'extraction simple pour un même volume de solvant.

MONTAGE:

1) On introduit la solution à extraire et le solvant d'extraction dans l'ampoule à l'aide d'un entonnoir à liquide. 2) Après avoir bouché l'ampoule, on la tient retournée, à deux mains, et on agite énergiquement. Pour extraire le soluté de façon optimale, il faut atteindre l'équilibre de partage précédent. Or si on laisse le contenu de l'ampoule sans agitation, l'interface entre les deux phases est très faible et la diffusion du soluté d'une phase vers l'autre est lente. L'agitation énergique de l'ampoule permet d'augmenter cette interface et d'atteindre l'équilibre plus rapidement. Il faut prendre soin de dégazer entre chaque agitation pour éviter une surpression dans l'ampoule. En effet, l'équilibre de mélange peut être exothermique et entraîner une légère augmentation de température dans l'ampoule. Cela provoque une vaporisation du solvant le plus volatil qui met l'ampoule sous pression. Dans le cas de l'éther, très volatil, il peut être prudent de dégazer avant même la première agitation. 3) Il faut déboucher l'ampoule lorsqu'on la repose sur son support, toujours pour éviter une surpression. On doit ensuite laisser décanter les phases. Il arrive parfois que des gouttes de la phase la moins dense adhèrent le long de la paroi de l'ampoule, au sein de la phase la plus dense. On peut les décrocher manuellement en introduisant une baguette de verre dans l'ampoule ou bien en la faisant tourner sur son axe en tenant le tube entre ses mains.

4) On récupère ensuite les deux phases séparément : la phase aqueuse est en générale plus dense que les phases organiques, à l'exception des solvants chlorés. Si on a un doute, on peut introduire une goutte d'eau dans l'ampoule et suivre son trajet. On recommence l'extraction de la phase aqueuse avec une nouvelle fraction de phase organique. Une fois l'extraction terminée, on réunit toutes les phases organiques pour le séchage.

D. SECHAGE : Le séchage d’un composé consiste à éliminer l’eau ou le solvant organique qu’il contient. Cette opération s’applique soit avant une synthèse afin d’éliminer l’humidité d’un réactif (ou avant une distillation), soit après une extraction (ou une cristallisation). Lorsqu’on récupère une phase organique à la suite d’une extraction, celle-ci contient souvent quelques traces d’eau. En effet, quelques gouttelettes ont pu passer avec la phase organique lors de l’écoulement ; de plus, la solubilité de l’eau n’y est jamais rigoureusement nulle. Avant un traitement ultérieur (évaporation du solvant ou distillation), il est nécessaire de débarrasser la phase organique de toute trace d’eau. On dit qu’on procède au séchage de la phase organique. Pour cela, on utilise un agent desséchant, c’est-à-dire un sel à caractère ionique se trouvant initialement anhydre, et possédant un fort pouvoir hygroscopique (affinité pour l’eau). E.

RECRISTALISATION : Principe :La recristallisation est une méthode de purificationd’un produit solide. Elle permet de séparer un solide de ses impuretés après une réaction ou une extraction. Le principe de la recristallisation repose sur la différence de solubilitéd’un composé dans un solvant à chaud et à froid.

Choix du solvant : •Recherche dans la littérature (produit identique ou structure voisine) •Test sur de petites quantitésÀ considérer: •Le solvant choisi ne doit réagir ni avec le produit à recristalliser ni avec les impuretés présentes. •La Toébullitiondu solvant doit être inférieure à la Tofusiondu solide à purifier. •Tester la solubilité à chaud/froid du produit et des impuretés. •Faire des analyses avant/après (Tofusion, RMN, IR...). Technique :

Le solvant approprié ayant été choisi : 1) Mettre le composé à purifier dans un erlenmeyer (ou un ballon), surmonté d’un réfrigérant, de taille adaptée à la quantité de produit brut à recristalliser, le dissoudre dans le minimum de solvant à température voisine de la température d’ébullition. 2) On peut filtrer la solution chaude pour éliminer certains impuretés insolubles. 3) Laisser refroidir la solution. Amorcer ou non la cristallisation (refroidissement brutal ou amorçage avec agitateur en verre). 4) Filtrer les cristaux sur entonnoir de Büchner pour les séparer de la liqueur mère. Essorer. Laver avec de petites quantités du même solvant froid. Essorer très soigneusement sur entonnoir de Büchner. F. POINT DE FUSION : Pincipe :

- La détermination du point de fusion d’un produit cristallisé permet de contrôler sa pureté ou de l’identifier. - Le point de fusion d’un produit contenant des impuretés est inférieur à celui du produit pur. Cet abaissement du point de fusion est   proportionnel à la quantité d’impuretés présentes dans le mélange. TECHNIQUE : - Il existe une grande variété d’appareils que l' on peut  regrouper en deux catégories, selon la méthode employée :     méthodes par tubes capillaires ou méthodes par plaques chauffantes.

Appareils à tube capillaire  : - Appareils à bain d’huile : tube de THIELE ; appareils électriques à bain d’huile.         A l'aide de la flamme d'un bec Bunsen, on porte l'huile à une température inférieure d'environ 30°C à la température de fusion         de la poudre. Puis à l'aide de la veilleuse on fait monter la température de l'huile d'environ 1°C toutes les 15 secondes. Au         moment précis où la poudre fond (on voit le contenu du capillaire devenir transparent), on lit la température sur la graduation         du thermomètre.         La précision du résultat obtenu (si l'on a fait monter la température assez lentement) dépend du thermomètre; on peut obtenir         le dixième de degré. - Appareils électriques à bloc métallique. Appareils à plaque chauffante : - A lamelles. - A gradient de température : banc de KOFLER. - A fusion instantanée : bloc MAQUENNE. - Au laboratoire de chimie on utilise principalement, pour des échantillons monocristallins et dans la gamme des températures de 50 à 250°C, le banc de Kofler.        Utilisation du banc de Kofler: La semelle en "inox" de la plaque chauffante présente un gradient de température allant de 50 à 250°C. Ceci permet donc, en déposant quelques cristaux de solide dans la zone des basses températures et en les déplaçant tout au long de la plaque vers les températures plus élevées, de repérer une ligne de démarcation très nette entre la phase solide (cristaux non fondus) et la phase liquide (cristaux fondus). En plaçant l'index d'un curseur sur la ligne de séparation on peut lire la température indiquée par un deuxième index sur une échelle. Cette température est approximative il faut étalonner l’appareil en utilisant deux substances témoins dont les points de fusion encadrent le plus près possible la température de fusion de l’échantillon. On règle alors l’index à la température de l'une des substances étalon, on vérifie avec la seconde que l'indication est correcte (en cas de divergence, régler l'index avec la substance étalon dont la température de fusion est la plus voisine de celle du corps étudié). On reprend le composé et on détermine alors son point de fusion avec plus de précision. Après chaque utilisation on nettoie la surface de la plaque chauffante avec du coton imprégné d’alcool en entraînant les restes solides vers les températures les plus élevées (se placer de préférence sous une hotte aspirante pour ne pas respirer les vapeurs qui s'échappent). - Cette propriété est mise à profit pour évaluer la pureté des produits chimiques dont la température de fusion n’est pas trop élevée.

G. INDICE DE REFRECTION : L’indice de réfraction, souvent noté n, est une grandeur sans dimension caractéristique d’un milieu et qui décrit le comportement de la lumière dans celui-ci. L’indice de réfraction dépend de la longueur d’onde de mesure et de la température. L’indice de réfraction est parfois appelé constante optique d’un matériau, ce qui est un abus de langage puisque cette grandeur varie avec la longueur d’onde et la température. Généralement, on utilise une lampe fournissant la raie D du sodium à 589 nm pour éclairer l’optique de l’appareil.

PARTIE 2 : TP SYNTHESE DE LA DIBENZYLIDENEACETONE PAR ALDOLISATION PUIS CROTONISATION

1) l’équation de la réaction : (Cleisen-Schmidt) Le DBA se prépare en une étape par condensation d’une molécule d’acétone avec deux molécules de benzaldéhyde en milieu basique, selon une réaction de double aldolisation :

 

Mécanisme de la réaction d'aldolisation puis crotonation conduisant au dibenzylidèneacétone

2) Calcul du rendement de la préparation : 

Détermination les quantités de matière des réactifs ; Benzaldéhyde (A) ; M= 106.12 , d=1.04g/cm3 , m= 3,18 g ( n=0.03 moles) l’acétone (B); M=58.08, d=0784g/cm3 ,m= 0.9g (n= 0.0155mole) dibenzylidèneacétone (C)

2A + n n-2x

B n’ n’-x

x=n/2 = 0.015 mol

C 0 x

  

x= n’ = 0.0155mol on pend le nombre de mol le plus petit  n(Dib) = 0.015mol le réactif mis en excès est ; l’aceton la composition du mélange réactionnel à la fin de la réaction de condensation ; la dibenzylidèneacétone Calcul la masse théorique attendue de la dibenzylidèneacétone ; donc la masse de dibenzylidèneacétone est ; m=n*M , ( M=234.3g /mol) mthéorique=0.015∗234.3=3.51 g



le rendement de la synthèse si la masse du produit obtenu est égale à 5 g est ; Le rendement : R= m_théorique / m_expérimentale 3.514 R= ×100=70.8 % 5

3) le mode opératoire :  le rôle de l’éthanol dans la synthèse est un bon solvant pour les molécules organique que tu utilisé et la soude NaOH sans éthanol , le mélange ne se ferait pas .  Dessinez le montage de filtration en nommant les différents éléments ;



Expliquition pourquoi le produit brut est lavé avec de l'eau froide ;

▫ Le lavage d'une phase organique consiste à éliminer les impuretés provenant du mélange réactionnel : - Un lavage à l'eau permet l'élimination des impuretés solubles dans l'eau telles que les ions (minéraux ou organiques) et les composés polaires de faible masse molaire. 

le test à réaliser pour s’assurer de l’efficacité du lavage du produit brut ; Quand les impuretés sont des acides ou des bases on vérifie par un test au papier pH si

nous avons retrouvé un pH identique à celui du solvant de lavage. Tant que le pH n’est pas bon il faut continuer les lavages sauf quand on filtre un solide acide (Ex: acide carboxylique)ou basique (Ex: amine), le pH ne reviendra pas forcément au pH du solvant de lavage). 4) Recristallisation du produit brut le principe de la cristallisation ; La recristallisation consiste à dissoudre le solide à purifier dans un volume minimal de solvant chaud(bouillant) puis à refroidir la solution, ce qui provoque la cristallisation. Le produit est récupéré par filtration. Points à considérer : • Le solide doit être stable à la température d’ébullition du solvant. • L’efficacité de la cristallisation est moins bonne à une température plus basse que la température d’ébullition du solvant. • La patience est une qualité importante pour bien réussir sa recristallisation 5) Contrôles de pureté Sur quel appareil mesure-t-on le point de fusion ? Il existe différents appareils de mesure de point de fusion reposant tous sur la restitution d'un gradient de température. Ils peuvent être constitués soit d'une plaque métallique chauffante telle le Banc Kofler ou le bloc Maquenne, soit d'un bain d'huile tel le tube de Thiele. Dans le travail pratique de laboratoire on utilise des appareils de mesure de point de fusion automatique. Ils sont faciles à manier, fonctionnent plus vite, fournissent des résultats reproductibles et sont plus précis



Que signifie CCM ? La chromatographie sur couche mince (CCM, en anglais TLC pour Thin layer chromatography) est une technique de chromatographie planaire1 dont la phase mobile est liquide. Elle est couramment utilisée pour séparer des composants dans un but d'analyse (CCM analytique) ou de purification (CCM préparative).

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Calculez les Rf et interprétez le chromatogramme fourni. Le rapport frontal (Rf) ou facteur de rétention d'un composé est le rapport de la distance ligne de dépôt-composé sur la distance ligne de dépôt-front de solvant. Il est compris entre 0 et 1, et est caractéristique du composé, du matériau de la plaque et du système d'éluant.

Rf = X/Y = X :La distance ligne de dépôt-composé Y ; La distance ligne de dépôt-front de solvant

6) Questions d’ordre générales  Nommez et représentez les stéréoisomères de configuration du produit.  Ecrivez sa forme mésomère étendue sur l’ensemble de la chaîne carbonée. 7) Spectroscopies  Identifiez, sur le spectre I.R. fourni, les bandes d’absorption caractéristiques des vibrations de valence de la liaison C=O et des liaisons C=C présentes dans la molécule. du dibenzylidèneacétone.  Interprétez le spectre RMN du proton du produit pure.  Interprétez le spectre de masse de la dibenzylidéneacétone