EXERCICE III : SYNTHESE D'UN ESTER (4 points) - Le Repaire des ...

EXERCICE III : SYNTHESE D'UN ESTER (4 points) L'huile essentielle de Gaulthérie autrement appelée "essence de
Wintergreen" est issue d'un arbuste
d'Amérique septentrionale : le palommier, également appelé "thé du Canada",
"thé rouge", "thé de
Terre Neuve". Cette substance est un anti-inflammatoire remarquable. Elle
est aussi utilisée en
parfumerie et comme arôme dans l'alimentation. Autrefois, elle était
obtenue par distillation complète
de la plante.
Cette huile est constituée principalement de salicylate de méthyle. Il est
possible de synthétiser cet
ester au laboratoire, à partir de l'acide salicylique et du méthanol selon
la réaction d'équation :
C7H6O3(s) + CH4O (l) = C8H8O3 (l) + H2O (l)
Cet exercice comporte 13 AFFIRMATIONS concernant un mode opératoire de
cette synthèse.
L'aide au calcul peut comporter des résultats ne correspondant pas au
calcul à effectuer.
Toute réponse doit être accompagnée de justifications ou de commentaires. À
chaque
affirmation, répondre par VRAI ou FAUX, en justifiant le choix à l'aide de
définitions, de
schémas, de calculs, d'équations de réactions,...
SI L'AFFIRMATION EST FAUSSE, DONNER LA RÉPONSE JUSTE.
[pic] Formule de l'ion hydrogénocarbonate : HCO3-
Masse volumique de l'eau : 1,0 g.L-1
Couples acide/base : HCO3-(aq)/CO32-(aq)
CO2,H2O/HCO3-(aq) : le dioxyde de carbone est un gaz peu soluble dans l'eau [pic] Dans un ballon, on introduit une masse m1 = 27,6 g d'acide salicylique, un
volume V2 d'environ 20 mL
de méthanol et 1 mL d'acide sulfurique concentré. Puis on chauffe à reflux.
Sur le flacon de méthanol,
on peut voir les pictogrammes suivants : [pic] AFFIRMATION 1 : on doit manipuler le méthanol sous la hotte. VRAI
Le méthanol est « toxique par inhalation .. », le travail sous la hotte
permet d'éviter d'inhaler du méthanol. AFFIRMATION 2 : le schéma d'un chauffage à reflux est le suivant : (fig. a)
FAUX
|[pic] | |
|fig. a |fig. B (absente du sujet !!) |
Le montage comporte une colonne de Vigreux avec un réfrigérant droit, c'est
un montage de distillation. Le montage correct est celui de la figure b.
AFFIRMATION 3 : pour prélever le méthanol, il faut absolument utiliser une
pipette jaugée munie
d'une poire à pipeter (ou propipette). FAUX
Dans le texte, on nous dit de prélever un volume V2 d'environ 20 mL, la
précision d'une pipette jaugée n'est pas nécessaire, une éprouvette graduée
de 50 mL suffit. AFFIRMATION 4 : la quantité n1 d'acide salicylique introduit vaut n1 = 2,00
? 10-1 mol. VRAI
On introduit une masse m1 = 27,6 g d'acide salicylique : [pic]
[pic]mol AFFIRMATION 5 : la quantité n2 de méthanol introduit vaut environ n2 = 5
mol. FAUX
On introduit un volume V2 = 20 mL de méthanol : n2 = [pic]
n2 = [pic] = 0,5 mol
AFFIRMATION 6 : l'équation associée à la réaction de synthèse du salicylate
de méthyle s'écrit : [pic] FAUX
Au cours d'une estérification, c'est le groupe carboxyle COOH de l'acide
salicylique qui réagit avec le groupe hydroxyle HO du méthanol, ce qui
n'est pas le cas ici, car le groupe carboxyle reste inchangé. L'équation associée à la réaction de synthèse du salicylate de méthyle
s'écrit : + HO - CH3 =
+ H2O
AFFIRMATION 7 : le réactif introduit en excès est le méthanol.
Après plusieurs heures de chauffage, on refroidit à température ambiante.
On ajoute 100 mL d'eau
glacée et on verse dans une ampoule à décanter. On extrait la phase
organique avec du cyclohexane.
Cette phase a une masse volumique proche de celle du cyclohexane. VRAI
D'après l'équation associée à la réaction de synthèse, une mole d'acide
salicylique réagit avec une mole de méthanol. Or, n1(acide) <
n2(méthanol) ; le réactif limitant est l'acide salicylique, le méthanol a
été introduit en excès.
AFFIRMATION 8 : la phase organique se situe dans la partie inférieure de
l'ampoule à décanter.
La phase organique contient l'ester, du méthanol, du cyclohexane et des
acides. On lave ensuite
plusieurs fois cette phase avec une solution aqueuse d'hydrogénocarbonate
de sodium afin d'éliminer
les acides restant dans la solution. Il se produit un dégagement gazeux.
FAUX
La masse volumique de la phase organique est proche de celle du
cyclohexane. Elle est inférieure à celle de l'eau (1,0 g.mL-1), la phase
organique se situe dans la partie supérieure de l'ampoule à décanter.
AFFIRMATION 9 : le gaz est du dioxyde de carbone.
On effectue à nouveau un lavage à l'eau et on sèche. On sépare les
constituants de la phase
organique par distillation. FAUX
L'ion hydrogénocarbonate HCO3- est une base qui va pouvoir réagir avec les
acides présents pour donner son acide conjugué : du dioxyde de carbone en
solution aqueuse. Le dioxyde de carbone étant peu soluble dans l'eau, il
est libéré sous forme de gaz.
AFFIRMATION 10 : lors de la distillation, le salicylate de méthyle est
recueilli en premier.
Après purification, on récupère une masse m3 = 21 g de salicylate de
méthyle. FAUX
La phase organique contient l'ester, du méthanol et du cyclohexane. Parmi
ces espèces chimiques, celle qui a la température d'ébullition la plus
faible est le méthanol. C'est lui qui se vaporisera en premier et sera
recueilli en premier.
AFFIRMATION 11 : le rendement de cette synthèse est de 50 %. FAUX
Le rendement de la synthèse est ( = [pic](100
Appelons n3 la quantité maximale de salicylate de méthyle que l'on peut
espérer obtenir, elle correspond à une masse m3th.
Le réactif limitant est l'acide salicylique, d'après l'équation de la
synthèse n1 = n3.
soit [pic], donc m3th = [pic]
( = [pic] = [pic]
( = [pic] = 69%
AFFIRMATION 12 : l'ajout d'acide sulfurique a permis d'augmenter le
rendement de la synthèse. FAUX
L'acide sulfurique est un catalyseur, il permet d'augmenter la vitesse de
la réaction. Mais il ne modifie pas le rendement de la synthèse.
AFFIRMATION 13 : l'excès d'un des réactifs a permis d'augmenter le
rendement de la synthèse. VRAI
L'excès d'un des réactifs permet le déplacement de l'équilibre dans le sens
de la consommation de ce réactif, la quantité de produit obtenu va donc
augmenter et donc le rendement également. -----------------------
CO2H OH C OH O - CH3 O Entrée d'eau Sortie d'eau Réfrigérant à boules Chauffe-ballon