Chap 10 La chimie de synthèse : Etude de la synthèse de l’acétate de linalyle

Cahier des charges

Mobiliser, restituer des connaissances

Établir, à partir de données expérimentales, qu’une espèce chimique synthétisée au laboratoire peut être identique à une espèce chimique synthétisée dans la nature.

Réaliser le schéma légendé d’un montage à reflux et d’une chromatographie sur couche mince

Mettre en œuvre une démarche expérimentale

Mettre en œuvre un montage à reflux pour synthétiser une espèce chimique présente dans la nature.

Mettre en œuvre une chromatographie sur couche mince pour comparer une espèce synthétisée et une espèce extraite de la nature.

Introduction : les différentes étapes de la synthèse chimique La chimie de synthèse au laboratoire s’effectue généralement en 4 étapes :

Remettre ces 4 étapes dans l’ordre : isolement du produit – transformation chimique – analyse du produit – prélèvement

des réactifs

Partie 1 : les étapes 1, 2 et 3 de la synthèse (réaction chimique et isolement du produit)

L'acétate de linalyle est utilisé principalement en parfumerie. On le trouve ainsi dans plusieurs parfums, cosmétiques,

shampooings, savons et produits nettoyants; il peut être présent dans certaines peintures à l'huile. On le trouve aussi ajouté à certains aliments, comme arôme artificiel ou flaveur. Il est aussi présent dans des produits utilisés dans le traitement des ecchymoses et des coups. L’acétate de linalyle est une espèce chimique naturellement présente dans différentes plantes et notamment dans la lavande. Elle peut y être synthétisée en laboratoire, on appelle cela la chimie de synthèse.

Document 1 : cartes d’identités des différentes espèces rencontrées

Document 2 : protocoles de chaque étape de la synthèse de l’acétate de linalyle

Etapes 1 et 2 :

Sous la hotte introduire dans un ballon sec et avec précaution, 5mL d’anhydride acétique puis 2,5mL de linalol ainsi que quelques grains de pierre ponce.

Placer le ballon sur un chauffe-ballon posé sur un support élévateur. Relier le ballon au réfrigérant à eau et mettre en route la circulation d’eau.

Chauffer à reflux pendant 20min (thermostat 10 pendant 3min puis thermostat6). Ne pas laisser le mélange « bouillir trop violemment ».

Arrêter le chauffage et abaisser le support élévateur pour laisser refroidir à température ambiante.

Etape 1 :

prélèvement des réactifs

Etape 2 :

transformation chimique

Etape 3 :

isolement du produit

Etape 4 :

analyse du produit

Etape 3 :

Préparer 10mL d’eau froide dans un bécher. Verser le plus lentement possible le contenu du ballon sur l’eau froide dans le bécher. Transvaser le mélange dans l’ampoule à décanter et laisser décanter la phase aqueuse et la phase organique. Eliminer la phase aqueuse dans un bécher. Afin d’éliminer l’acide acétique restant, ajouter environ 20mL de solution d’hydrogénocarbonate de sodium à 5%

dans l’ampoule à décanter et dégazer sous la hotte régulièrement jusqu’à ce que le dégagement gazeux cesse. Séparer les deux phases et conserver la phase organique .

Document 3 : schémas de montages

Travail à effectuer :

1) Compléter les 4 étapes dans l’introduction. 2) Visionner la vidéo de l’expérience

Etude de l’étape 2

3) Quel est le rôle de cette étape ? c’est l’étape de la transformation chimique : les réactifs réagissent pour former les produits

4) Rappeler la signification des pictogrammes du document 1. Préciser les précautions à prendre pour mettre en œuvre le protocole de cette étape. Irritant, inflammable, corrosif. Il faut travailler sous hotte avec une blouse, des lunettes et des gants.

5) Légender le schéma du montage à reflux (montage n°1) à l’aide du livre P116. (voir schéma) 6) Quel est le rôle du réfrigérant à eau ? Que se passerait-il en son absence ?

Le réfrigérant à eau sert à refroidir les vapeurs et à les liquéfier pour éviter les pertes. 7) En déduire les intérêts du chauffage et du reflux dans le montage.

Le chauffage sert à favoriser la réaction en augmentant l’agitation des molécules des réactifs et le reflux sert à éviter les pertes de vapeur.

8) Quel est l’intérêt d’utiliser un support élévateur ? il permet de baisser assez rapidement la température en cas de problème par exemple.

Etude de l’étape 3

9) Quel est le rôle de cette étape ? cette étape sert à récupérer le produit désiré en éliminant les excès de réactifs et les produits autres que celui à synthétiser.

10) Combien de phases obtient-on ? 2 phases 11) Préciser, en justifiant, la position et la composition des deux phases.

Montage n°2 :

Séparation de 2 liquides non miscibles Montage n°1 : chauffage à reflux

Entrée d’eau

Réfrigérant

Sortie d’eau

Chauffe ballon

Ballon

Support élévateur

Ampoule à décanter

Phase organique

Phase aqueuse

Pierre ponce

La phase organique contenant l’acétate de linalyle se trouve au-dessus car il est insoluble à l’eau et que sa masse volumique est inférieure à celle de l’eau. Le réactif en excès (acide acétique) se trouve dans la phase aqueuse car il est très soluble dans l’eau.

12) Légender le schéma de l’ampoule à décanter (montage n°2) à l’aide de la vidéo. (voir schéma) 13) Expliquer l’utilité de l’eau froide dans cette étape. Eviter la vaporisation des espèces chimiques (et l’eau

transforme les restes d’anhydride acétique en acide acétique).

Partie 2 : l’étape 4 de la synthèse (analyse du produit)

Problématique : Comment savoir si l’acétate de linalyle synthétisée dans la partie 1 est identique à l’espèce extraite de la nature ?

Document 1 : le principe de la chromatographie sur couche mince (CCM) La chromatographie sur couche mince permet la séparation et l'identification des espèces chimiques présentent dans un mélange. Pour un éluant donné, une espèce chimique migre de la même façon qu'elle soit pure ou dans un mélange. Un

corps pur ne donne qu’une tâche. Un mélange donne plusieurs tâches.

Document 2 : matériel nécessaire - Une cuve à chromatographie et son

couvercle ; - Une plaque à CCM ; - Des cure-dents ; - Un mélange d’éther et de cyclohexane

(éluant) ; - 3 petits flacons pour les dépôts :

o Dépôt 1 : linalol o Dépôt2 : huile essentielle de

lavande o Dépôt3 : acétate de linalyle

synthétisé - Une pince à chromatographie - Un crayon à papier - Une règle - Une lampe à UV

Document 3 : le protocole de chromatographie Pour le rédiger, visionner la vidéo suivante à partir de 2min20 : https://www.youtube.com/watch?v=kB8suF4y7YA&t=278s

Travail à effectuer :

1) Donner le nom et le principe de la technique à utiliser pour répondre à la problématique : la chromatographie sur couche mince (CCM) qui permet de séparer les espèces chimiques par différence de vitesse de migration.

2) Préciser les dépôts qui seront nécessaire pour répondre à la problématique

a. Dépôt 1 : linalol b. Dépôt2 : huile essentielle de lavande c. Dépôt3 : acétate de linalyle synthétisé

3) Rédiger le protocole de l’expérience ou faire un schéma

légendé de l’expérience Protocole : - Introduire l’éluant jusqu’à une hauteur d’environ 0,5

cm dans la cuve à chromatographie, puis la fermer. - à environ 1 cm du bas de la plaque, tracer une ligne

au crayon à papier ; - indiquer sur cette ligne les positions des dépôts que

vous allez effectuer ; - effectuer les dépôts souhaités à l’aide de cure-dents - placer verticalement la plaque dans la cuve, et la refermer rapidement. (Au départ, l’éluant ne doit pas

toucher les dépôts) - attendre que l’éluant soit arrivé à environ 1 cm du bord supérieur. - retirer la plaque et tracer rapidement au crayon à papier un trait indiquant la hauteur atteinte par l’éluant - placer la plaque sous la lampe à UV et entourer les tâches visibles.

4) Donner le nom de l’étape de la synthèse à laquelle correspond cette technique.

Etape d’analyse 5) Légender ci-contre le chromatogramme obtenu en y indiquant les espèces déposées 6) Analyser le résultat et conclure.

On observe que la tâche du dépôt 3 est arrivée au même nivea uque celle du dépôt 2 qui est un dépôt de référence donc la molécule synthétisée est la même que celle contenue dans l’huile essentielle de lavande.

7) Précisez si le produit synthétisé est un corps pur ou un mélange en justifiant. Le produit obtenu est un corps pur car le dépôt 3 ne donne qu’une seule tâche

Savoirs à propos de la chimie de synthèse

A- La chimie de synthèse :

1- La chimie de synthèse consiste à fabriquer une molécule grâce à une réaction chimique.

2- Selon leur provenance, on distingue 3 catégories de molécules :

- les molécules naturelles (extraites de la nature) ;

- les molécules de synthèse identiques au naturel (fabriquées par l’homme et copiées sur celles issues

de la nature) ;

- les molécules de synthèse artificielles (fabriquées par l’homme, n’existant pas dans la nature).

3- Pourquoi copier la nature ?

Chromatogramme obtenu :

1 2 3

linalol

Huile essentielle

Acétate de linalyle

- La molécule de synthèse copiée de la nature a même formule, même propriété physico-chimiques et

même danger éventuel que celle extraite de la nature

- Le coût de fabrication est moins élevé que d’aller récolter et extraire

la molécule naturelle

B- Les étapes de la chimie de synthèse :

1- Etape 1 : prélèvement des réactifs : prélèvement des masses et des

volumes nécessaires

2- Etape 2 : mise en œuvre de la transformation chimique :

- Le produit est formé au cours de cette étape qui utilise le chauffage

à reflux

- Le chauffage à reflux permet de chauffer pour accélérer la

transformation et éviter les pertes de matière grâce au

refroidissement des vapeurs, qui se liquéfient et retombent dans le

ballon.

3- Etape 3 : l’isolement du produit brut : cette étape permet de séparer l’espèce synthétisée du reste du

milieu réactionnel (filtration solide-liquide, extraction liquide-liquide avec une ampoule à décanter…)

4- Etape 4 : l’analyse de l’espèce

synthétisée : cette étape permet

l’identification et le contrôle de la

pureté du produit brut obtenu.

Principe de la chromatographie : Les constituants d'un mélange migrent à différentes hauteur (selon leur nature) sur une phase fixe (papier à chromatographie) entraînés par une phase mobile (éluant) Par comparaison des hauteurs parcourues par chaque espèce on détermine le nom de chaque espèce présente dans le mélange

Savoirs faire

Vérifier ses connaissances QCM 2 p 119

Savoir mettre en œuvre un chauffage à reflux (schéma, intérêt…)

16, 17 p 124

Savoir mettre en œuvre une chromatographie (schéma, interprétation du résultat…)

20, 21 p 124

S’entraîner : 26, 27 p 126 ; Vers la spé : 33 p 128

Le chauffage à reflux