Université de Genève Section ès Sciences Chimiques
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Université de Genève Section ès Sciences Chimiques 1ère année 2 ème semestre Travaux Pratiques de Chimie Organique IA Assistant responsable : Martial VALLET Luc Perrotti 1 sur 11 RECRISTALLISATION 1 BUT.................................................................................................................................... 3 2 PRINCIPE UTILISÉ ....................................................................................................... 3 3 LES RÉSULTATS............................................................................................................ 3 4 PARTIE PRATIQUE....................................................................................................... 4 4.1 PRÉPARATION ET RECRISTALLISATION DE L’IODURE DE PLOMB II ................................... 4 4.2 PRÉPARATION ET RECRISTALLISATION DE L’ACÉTANILIDE .............................................. 6 4.3 RECRISTALLISATION D’UN INCONNU ............................................................................... 9 Luc Perrotti 2 sur 11 1 But Le but de ce Travail Pratique est d’expérimenter la recristallisation comme une méthode de purification des produits bruts de synthèse ou impurs. Ce travail consistera en trois recristallisations de type différent. 2 Principe utilisé On utilise le principe physique de la différence de solubilité des produits considérés dans des solvants en fonction de leur température. 3 Les Résultats Préparation et recristallisation de l’iodure de plomb II Le rendement après préparation et recristallisation : 76 % Préparation et recristallisation de l’acétanilide Le rendement après préparation et recristallisation : 78 % Point de fusion théorique selon “Handbook of Chemistry, 65th Edition” : 114.3 °C Point de fusion mesuré : 112-113 °C Recristallisation d’un inconnu Le n° de l’échantillon inconnu est le 26. Le rendement après recristallisation est de : 51 % Le produit n°26 est probablement du naphtalène Luc Perrotti 3 sur 11 4 Partie pratique 4.1 Préparation et recristallisation de l’iodure de plomb II Pb(NO3)2 + H 2O 2 KI PbI2 + 2 K + + 2 NO3- Littérature : -Protocole de travaux pratiques de chimie organique* -http://chemfinder.cambridgesoft.com/result.asp** -http://www.sigmaaldrich.com/cgi Appareillage : -2 Béchers de 50ml -1 ballon de 250ml -1 Büchner -1 bain d’huile -1 agitateur magnétique -1 réfrigérant Masse Produit Descri- Formule ption brute Poids moléculaire théorique -1 Pesée en [g] précision en [g·mol ] en [g] 1·10-4[g] Nombre de mole Nitrate de Pesée plomb Pb(NO3)2 331.2 0.5 0.5100 1.540E-03 Iodure de Pesée potassium KI 166 0.5 0.4968 1.496E-03 Iodure de Valeur plomb théorique PbI2 461 0.6898 Iodure de Produit plomb obtenu PbI2 461 Calcul du Limitant rendement en % X 1.496E-03 0.5239 1.136E-03 75.95% Toxicité : R&S : Nitrate de plomb II : R : 61-8-20/22.1-33-50/53-62 S : 53.1-45-60-61 *** Iodure de plomb II : R : 61-20/22-33-50/53-62 S : 53.1-45-60-61 Luc Perrotti 4 sur 11 Mode opératoire : Peser environ exactement 0.5 g de nitrate de plomb (0.5100g) et 0.5 g de iodure de potassium correspondant à 2 équivalents(0.4968g). Les placer dans deux béchers de 50 ml. Ajouter 10 ml d’eau déminéralisée dans chaque bécher. Verser dans le ballon de 250ml le mélange de nitrate de plomb, rincer le bécher avec 5ml d’eau déminéralisée. Verser l’iodure de potassium dans le même ballon et rincer le bécher avec 5ml d’eau déminéralisée. La solution devient jaune car le précipité formé est de couleur jaune. On ajoute ensuite 100ml d’eau déminéralisée, un barreau magnétique et on porte à ébulition (consigne du bain à120 °C), ce qui prend environ 15 minutes. Dès l’ébulition, ajouter par tranche de 2ml de l’eau déminéralisée jusqu’à ce que la solution soit transparente ce qui signifie que tout le précipité est solubilisé. Le volume total d’eau utilisé se monte à 158ml. Le KI est le réactif limitant de la réaction. En prévision de la filtration on pèse le papier filtre. Tare du papier filtre= 0.2651g. Laisser refroidir dans le bain d’huile pendant la nuit pour obtenir une meilleure formation de cristaux. Le lendemain, refroidir 30 minutes dans un mélange eau/glace à 0°C et filtrer sur Büchner. Sécher à l’étuve pendant le week-end puis une nuit au dessicateur. On pèse le produit sec. Pesée : 0.7890g – tare du papier filtre(0.2651g) = 0.5239g d’iodure de plomb. Calcul du rendement : Pesée x 100/Poids théorique ⇒0.5239g x 100/0.6898g = 76% Luc Perrotti 5 sur 11 4.2 Préparation et recristallisation de l’acétanilide O H NH2 O O + H3C Phenylamine O N CH3 O CH3 Anhydride acétique + N-Phenyl-acetamide Acétanilide Aniline MW=93.1 C6H7N MW=102.1 C4H6O3 MW=135.2 C8H9NO H3C O H Acetic acid Acide acétique MW=60.1 C2H4O2 Littérature : -Protocole de travaux pratiques de chimie organique* -Handbook of Chemistry, 65th Edition, 1984-1985.** -http://www.sigmaaldrich.com/cgibin/hsrun/DistributedEU/HahtShop/HahtShop.htx;start=HS_FramesetMain *** Appareillage* : -1 ballon de 250ml -1 cylindre gradué 10ml -1 entonnoir + 1 filtre papier plissé -1 Erlenmeyer de 250ml -1 Büchner -1 bain d’huile -1 agitateur magnétique -1 réfrigérant Luc Perrotti 6 sur 11 Mécanismes réactionnels : NH2 O O + H3C Nucléophile - NH2+ CH3 O O O + O H3C CH3 Electrophile + O O O CH3 H2N + H3C O O CH3 HN + - H3C OH Toxicité : R&S Aniline : R : 20/21/22-40-48/23/24/25-50 S : 28-36/37-45-61 *** Caractéristiques physiques : Point de fusion : 114.3 °C ** Densité : 1.2190 ** Masse Produit Aniline Anhydride acétique Acétanilide Luc Perrotti Quantité Formule en [ml] brute 4 C6H7N 1.022 5 C4H6O3 1.08 C8H9NO d 420 *** moléculaire Poids en Nombre de [g] mole 93.1 4.088 4.391E-02 102.1 5.4 5.289E-02 135.2 5.9366 4.391E-02 en [g·mol-1] Limitant 7 sur 11 X Mode opératoire : Sous chapelle, mesurer 4ml d’aniline que l’on verse dans le ballon de 250ml accompagné d’un barreau magnétique. Rincer le cylindre gradué avec 2 x 5ml d’eau déminéralisée. Ajouter ensuite 5ml d’anhydride acétique par petites portions sous agitation. On remarque une formation immédiate d’un précipité blanc. Placer dans un mélange eau/glace (0°C) et agiter pendant 30 minutes. Ajouter ensuite 100ml d’eau déminéralisée et chauffer à ébulition toujours sous agitation jusqu'à dissolution complète du précipité blanc. Ajouter 2 spatules de charbon actif continuer l’ébulition pendant 15 minutes. Filtrer à chaud dans un entonnoir préchauffé (à l’etuve, 110°C) garni d’un filtre en papier plissé. Laisser refroidir pendant la nuit à température ambiante. Le lendemain, refroidir 30 minutes dans un mélange eau/glace à 0°C et filtrer sur Büchner. Sécher pendant une nuit à l’étuve et une nuit au dessicateur. Calculer le rendement et mesurer le point de fusion. Remarque : Lors du séchage à l’étuve, l’acétanilide a fondu car la température de ladite étuve est montée jusqu’à 120°C environ alors que la consigne était réglée sur 90°C. Calcul de la masse de produit : Tare du papier filtre + verre de montre = 38.6018 [g]. Pesée du produit = 43.2382 [g]. Masse de produit = 43.2382 [g] - 38.6018 [g] = 4.6364 [g]. Calcul du rendement : Poids du produit final x 100/Poids théorique ⇒4.6364 [g] x 100/5.9366 [g]= 78 % Point de fusion : 112-113 °C. Luc Perrotti 8 sur 11 4.3 Recristallisation d’un inconnu Inconnu n° 26 Littérature : -Protocole de travaux pratiques de chimie organique* -http://chemfinder.cambridgesoft.com/result.asp ** -http://www.sigmaaldrich.com/cgibin/hsrun/DistributedEU/HahtShop/HahtShop.htx;start=HS_FramesetMain *** Appareillage : -8 éprouvettes -1 cylindre gradué 10ml -1 entonnoir + 1 filtre papier plissé -1 Erlenmeyer de 250ml -1 Büchner -1 bain d’huile -1 agitateur magnétique -1 réfrigérant Toxicité : R&S : Acetate d’éthyle: R 1(explose si sec) *** Naphtalène : R20 / S24 (ne pas inhaler / éviter le contact avec la peau) *** Caractéristiques physiques : Naphtalène : Point de fusion : 80.6 °C ** Densité : 0.997 ** Luc Perrotti 9 sur 11 Mode opératoire : On pèse 0.1 g de produit inconnu à recristalliser que l’on place dans un tube à essai sur lequel on ajoute 1ml de solvant. On répète 7 fois cette opération avec des solvants différents, du moins polaire (cyclohexane), vers le plus polaire (eau). On note le comportement du produit en solution à température ambiante puis on chauffe à ébulition dans un bain d’huile ; on note de nouveau nos observations. Elles sont résumées dans le tableau ci-dessous : Solvant Nb. Observations Temp. Nb. Observation ml à froid (25°C) ébulition ml Légende à ébulition Cyclohexane 1 Transp., S+ 1 Transp., S++ Toluène 1 Transp., S++ 1 Transp., S++ Diéthyléther 1 Transp., S++ 1 Transp., S++ Chlorure de méthylène 1 Rose, S++ 1 Transp., S++ Acétone 1 Rose, S++ 1 Rose, S++ S- - = très insoluble Acétate d'éthyle 1 Rose, S++ 1 Rose, S++ S - = insoluble Ethanol 1 Rose, S -- 1 Rose, S++ S + = peu soluble Eau 1 Rose, S -- 1 Rose, S++ S + + = très soluble Les deux seuls solvants dans lesquels le produit inconnu est soluble à chaud mais pas à froid sont l’eau et l’éthanol. On remarque que la quantité de solvant suffit pour solubiliser 0.1 g de produit donc pour les 3.0423 g de produit inconnu (quantité totale) il faudra moins de 30 ml de solvant. Lors de l’essai avec de l’eau, le produit à sublimé et s’est recristallisé sur les parois du tube à essai. Cela pourrait être une méthode de purification mais comme ce n’est pas celle que l’on étudie nous éliminons la recristallisation dans l’eau. Nous prendrons donc de l’éthanol. Il est à noter que la coloration rose dans les solvants polaires peut être due à la présence d’une impureté de couleur rose déjà soluble à température ambiante. Nous récupérons le contenu des tubes à essai dans un ballon de 250 ml que nous concentrons au Rotavapor de manière à ne pas égarer du produit. Puis on verse la totalité de l’inconnu dans le ballon que l’on porte à ébulition avec 15 ml d’éthanol. Puis on ajoute du solvant per tranche de 2 ou 3 ml à la fois de manière à déterminer la quantité minimum de solvant pour cette recristallisation. Dans ce cas elle s’élève à 25 ml. Nous ajoutons ensuite du charbon actif pour qu’il adsorbe les impuretés colorées (et les autres aussi d’ailleurs). Lorsque la coloration rose n’est plus manifeste, on filtre à chaud dans un entonnoir préchauffé muni d’un filtre plissé. Luc Perrotti 10 sur 11 Rincer le ballon avec 5 ml d’éthanol préalablement porté à ébulition puis rincer le papier filtre. Laisser refroidir pendant la nuit. Le lendemain, placer le bécher à refroidir 30 minutes dans un mélange eau/glace à 0°C et filtrer sur Büchner. Rincer avec 10ml d’éthanol glacé. Sécher pendant une nuit au dessicateur. Calculer le rendement et mesurer le point de fusion. Calcul du rendement : 1.5589 g x 100 / 3.0423 = 51% Comme le rendement n’est pas faramineux on concentre au rotavapor le filtrat et on pèse le produit non recristallisé. On obtient 0.8924 g. La recristallisation n’a pas bien fonctionné. Cela peut être dû à une quantité de solvant trop importante lors de la recristallisation. On pourrait tester une recristallisation au méthanol pou r voir si ce solvant est mieux approprié. Point de fusion : Comme le point de fusion de notre inconnu est de 79-80, cela correspond à deux produits de la liste : l’acétamide et le naphtalène. On prépare deux mélanges intimes 50/50; acétamide/inconnu et naphtalène/inconnu. Si c’est du naphtalène, le point de fusion du mélange acétamide/naphtalène est plus bas que le point de fusion des deux produits séparés. Sinon ce sera le contraire. Le résultat de l’inconnu est de 79-80 °C, le mélange naphtalène/inconnu est de 79-80 °C et le point de fusion du mélange acétamide/inconnu est de 72-73 °C. Voici démontré que en plus de l’odeur, la preuve par point de fusion indique que le produit inconnu n° 26 est bien du naphtalène. Comme le point de fusion du mélange inconnu/acétamide est plus élevé que celui suspecté on mélange encore l’acétamide du labo avec le naphtalène du labo. Le point de fusion est de 73-74 °C ce qui confirme la mesure avec le naphtalène recristallisé. Luc Perrotti 11 sur 11