II La chimie créatrice fin - Free

TP 4 (et éventuellement 5). Une (ou deux) synthèse(s) au choix

Préambule : réaliser une synthèse au laboratoire

Dans la réalisation d'une synthèse au laboratoire en classe de première S,
les techniques expérimentales pouvant être mises en ?uvre sont :
distillation, décantation, lavage et séchage d'une phase organique, séchage
d'un solide et filtration sous vide. Les techniques de reflux,
cristallisation et chromatographie couche mince ont été vues en classe de
seconde. Lors de chaque manipulation, l'enseignant liste les compétences
expérimentales et conceptuelles requises. La recristallisation suggérée
dans la synthèse n° 4 n'est pas une compétence exigible.

Avant le TP : préparation

Il est possible de demander un travail préparatoire aux élèves, en leur
donnant le document décrivant le protocole et présentant les schémas des
montages expérimentaux. Ce travail préparatoire peut porter sur la partie
instrumentale, mais aussi sur la compréhension de la manipulation guidée
par des questions.
Exemples de questions ayant trait au principe
- A quelle famille chimique appartient chacun des réactifs et des
produits ?
- Justifier les noms donnés aux espèces chimiques organiques
intervenant dans la synthèse.
Exemples de questions ayant trait au protocole expérimental
- Commenter toutes les opérations mises en ?uvre et indiquer le nom
de la verrerie ou des instruments utilisés ainsi que les consignes de
sécurité à respecter à chaque étape.
- Justifier une opération expérimentale (par exemple une décantation)
à l'aide des données physico-chimiques.
- à partir des données physico-chimiques, déterminer les quantités de
matière de réactifs utilisés, identifier le réactif limitant et en
déduire les quantités de matière de produits attendus.
- Donner la méthode permettant de déterminer le rendement de la
synthèse en produit brut puis en produit purifié.

Au cours du TP : l'accent est mis sur la manipulation et les compétences
expérimentales à acquérir

Le travail de préparation ayant déjà permis de s'approprier le protocole,
l'activité peut alors être centrée sur la gestuelle, la sécurité, la
réalisation des montages, l'observation et la mise en ?uvre des mesures
nécessaires au calcul du rendement et à l'identification du produit obtenu.
Les élèves ont alors le temps de calculer leurs rendements et les comptes-
rendus peuvent être relevés.
Compétences expérimentales
Agir en suivant un protocole.
Respecter les consignes de sécurité pour la manipulation et pour la
récupération des déchets.
Reconnaître, choisir et utiliser un matériel (verrerie).
Exprimer un résultat avec le nombre de chiffres significatifs
compatibles avec les conditions de l'expérience (masse, quantité de
matière, rendement).
Analyser les résultats expérimentaux et les confronter à des
résultats théoriques (température d'ébullition, de fusion, par
exemple).


A l'issue du TP : mise en commun et exploitation

Une correction en classe peut apporter des compléments d'informations. Elle
peut être aussi l'occasion d'exercer l'esprit critique et de faire
rechercher les causes de pertes de produit conduisant à un rendement
médiocre.

Une évaluation écrite autour d'un protocole analogue illustrant un autre
passage d'un groupe caractéristique à un autre peut être faite
ultérieurement en suivant le canevas du travail préparatoire et
éventuellement en donnant les résultats expérimentaux (mesures) pour qu'une
exploitation puisse être menée.


Tableau récapitulatif des synthèses proposées


|Synthèse |Techniques de|Test de |Identification |
| |laboratoire |reconnaiss|du produit |
| | |ance du |obtenu |
| | |groupe | |
| | |caractéris| |
| | |tique | |
|1 |alcool |alcène |Distillation |Eau | |
| | | |Décantation |de dibrome| |
| | | |Lavage | |Température |
| | | |Séchage d'une| |d'ébullition |
| | | |phase | | |
| | | |organique | | |
| |[pic] |[pic] | | | |
| |2-méthyl-butan-2|2-méthylbut-2-è| | | |
| |-ol |ne | | | |
|2 |alcool |cétone |Décantation |D.N.P.H. |Selon |
| | | |Lavage | |l'équipement(1)|
| | | |Séchage d'une| |, température |
| | | |phase | |de fusion de la|
| | | |organique | |2,4-dinitrophén|
| | | |Recristallisa| |ylhydrazone |
| | | |tion | |après |
| | | |éventuelle(2)| |recristallisati|
| | | | | |on |
| |CH3-(CH2)5-CH-CH|CH3-(CH2)5-C-CH| | | |
| |3 |3 | | | |
| || ||| | | | |
| |OH |O | | | |
| |octan-2-ol |octan-2-one | | | |
|3 |cétone |alcool |Reflux |Test au |CCM |
| | | |Cristallisati|D.N.P.H. |Selon |
| | | |on |positif |l'équipement(2)|
| | | |Filtration |sur la |, température |
| | | |sous vide |cétone de |de fusion de |
| | | |Séchage d'un |départ, |l'hydrobenzoïne|
| | | |solide |négatif | |
| | | |CCM |sur | |
| | | | |l'alcool | |
| | | | |synthétisé| |
| | | | | | |
| |[pic] |[pic] | | | |
| |benzile |hydrobenzoïne | | | |
|4 |alcool |composé chloré |Décantation |Solution |Température |
| | | |Lavage |de nitrate|d'ébullition |
| | | |Séchage d'une|d'argent(I| |
| | | |phase |) | |
| | | |organique |(2% en | |
| | | |Distillation |masse dans| |
| | | | |éthanol | |
| | | | |absolu) | |
| |[pic] |[pic] | | | |
| |2-méthylpropan-2|2-chloro-2-méth| | | |
| |-ol |ylpropane | | | |

(1)La recristallisation est une technique délicate et relativement longue.
Avec la recristallisation du produit obtenu, cette synthèse ne peut se
faire en deux heures. L'enseignant décide s'il effectue ou non cette
opération lors d'une autre séance de TP et s'organise en conséquence et en
fonction de l'équipement du lycée. En effet la mesure de la température de
fusion au banc de Kofler ou à l'aide du tube de Thiele de la 2,4-
dinitrophénylhydrazone recristallisée permet une identification du produit
obtenu. Si le lycée n'est pas équipé, cette partie de la manipulation est à
déconseiller.

(2)Pour caractériser l'espèce synthétisée, il est proposé, si le lycée est
équipé, une mesure de sa température de fusion au banc de Kofler ou à
l'aide du tube de Thiele. Cette mesure peut être remplacée par une CCM.
L'achat d'un banc de Kofler, si le lycée n'en dispose pas, n'est donc pas
nécessaire.


Synthèse 1 : Transformation d'un alcool en alcène

Synthèse du 2-méthylbut-2-ène à partir du 2-méthylbutan-2-ol

Variante

Compte-tenu de la volatilité du 2-méthylbut-2-ène, il est possible de
remplacer cette synthèse par celle du 1-méthylcyclohexène à partir du 2-
méthylcyclohexan-1-ol. Dans les deux cas l'odeur de ces produits est
désagréable un peu moins toutefois le 1-méthylcyclohexène que le 2-
méthylbut-2-ène.

Objectifs

. Réaliser la synthèse d'un alcène à partir d'un alcool
. Déterminer un rendement
. Mettre en jeu les techniques suivantes : distillation, décantation,
lavage, séchage d'une phase organique.

Principe

Le 2-méthylbut-2-ène est un alcène obtenu par déshydratation
intramoléculaire du 2-méthylbutan-2-ol (élimination d'une molécule d'eau)
catalysée par l'acide phosphorique, H3PO4.
L'équation de la réaction associée à la transformation chimique envisagée
est la suivante :
[pic]

Matériel indicatif (à adapter selon les ressources locales)

. élève :
erlenmeyers : un de 100 mL avec un bouchon de liège, un de 50 mL,
un agitateur magnétique et un turbulent,
une ampoule à décanter,
un entonnoir en verre,
bechers : deux de 50 mL, un de 150 mL,
une éprouvette de 25 mL,