chimie et agroressources

ACADEMIE DE TOULOUSE
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XXVe OLYMPIADES DE LA CHIMIE
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EPREUVE DE TRAVAUX PRATIQUES
DU 18 MARS 2009
Durée : 4 heures
∗∗∗CHIMIE
ET AGRORESSOURCES
∗∗
INTRODUCTION
La noix de muscade et le macis, Myristica fragrans Houtt
Le muscadier originaire de l’île Banda dans
l’archipel des Moluques est cultivé essentiellement
en Indonésie et dans Les Antilles, sur l’île de
Grenade. C’est un arbre touffu à feuilles persistantes
atteignant 10 à 15 m de haut. Les fleurs femelles et
les fleurs mâles sont portées par des pieds séparés. Il
donne un fruit qui est une baie charnue et piriforme,
longue de 5 cm, de couleur jaune pâle et dont la
pulpe est comestible après cuisson. A maturité, la
baie s’ouvre en deux valves, libérant une graine
brunâtre ovoïde de 2 à 3 cm très dure et recouverte
d’une membrane brillante brun orangé, l’arille, qui
donne l’impression que la noix est emprisonnée dans
un filet. Cette arille séparée manuellement de la
graine donnera une fois séchée le macis (appelé
improprement fleur de muscade). De son côté, la
noix de muscade séchée au soleil ou à feu doux
pendant deux mois libère quand on brise la coque,
une amande de couleur brun grisâtre, la muscade
proprement dite. Avant d’être commercialisée, elle
est roulée dans de la chaux pour éviter la
germination et les attaques des insectes.
Connue depuis la plus haute antiquité, la muscade
fut introduite en Occident par les Arabes. Elle avait
un rôle d’encens et coûtait fort cher. Aux quinzième
et seizième siècles, Portugais et Hollandais s’en
partagèrent le monopole. Le français Poivre parvint
cependant à introduire quelques plantes à l’île
Maurice. Les anglais firent de même en Malaisie
dans les îles Penang.
Utilisée dans le passé pour ses propriétés digestives,
stimulantes et carminatives la muscade est
également douée d’un pouvoir narcotique et
hallucinogène qui peut provoquer, en cas d’excès de
consommation, ivresse et délire ; le produit
responsable de cet effet est la myristicine, composé
largement représenté dans la noix.
La noix de muscade râpée a une odeur chaude et épicée, et une saveur âcre et brûlante. Elle aromatise toutes sortes
de plats : épinards en branches, plat de sardines au four, choux fleurs et choux rouge, sauces (béchamel, beurre à
escargots), potages-crèmes, ragoûts, fondues, plats de coquillages, saucisses, pâte et boudin grillé. La muscade
parfume aussi les gâteaux de fête, le cake anglais, la tarte aux fruits, les gâteaux au miel et au citron, les compotes de
cerises et de poires, les milk-shakes, les entremets à la vanille et des confiseries. En liquoristerie, elle sert à
l’élaboration de la liqueur de Satrapase, de la Grande Chartreuse, du punch créole, de l’Alexandra et des vermouths
doux. Elle entre dans la composition de mélanges d’épices exotiques.
Le macis, appellé aussi improprement fleur de muscade, est plus coûteux que la noix, mais souvent préféré en cuisine
en raison de sa couleur discrète qui se marie mieux aux sauces blanches et au beurre blanc. Le macis a une parfum et
une odeur semblables à ceux de la noix de muscade ; son goût aromatique légèrement chaud est plus fort que celui de
la noix. Le macis entre dans la composition de mélanges d’épices (quatre-épices, certaines poudres de curry, etc.) où il
trouve un usage quasi universel.
DONNEES PHYSICO-CHIMIQUES
Sécurité :
Dichlorométhane : nocif par inhalation .
Ethanol : inflammable
Propanone : inflammable et nocif.
Acide myristique : irritant.
Formule
brute
Trimyristine
Dichlorométhane
Propanone (acétone)
Hydroxyde de potassium
Éthanol
Propane-1,2,3-triol (glycérol)
Acide
myristique
tétradécanoïque)
Solubilité
(acide
Eau
-1
M (g.mol )
C45H86O6
CH2Cl2
C3H6O
KOH
C2H6O
C3H8O3
723,14
C14H28O2
228,39
éthanol
Trimyrisitne
Insoluble
soluble
acide
myristique
Insoluble
soluble
θfus.°C
θéb.°C
(1,013
bar)
56-57
(1,013
bar)
40
56
54,10
78
290
58,5
Dichloro
Méthane
acétone
Soluble
soluble à
chaud
insoluble à
froid
O
O
CH3(CH2)12
(CH2)12CH3
O
O
HO
O
O
(CH2)12CH3
(CH2)12
CH3
O
Trimyristine
Acide myristique
On propose dans un premier temps d’extraire la trimyristine de la noix de muscade grâce
à un solvant d’extraction : le dichlorométhane.
Puis à partir de la trimyristine, de synthétiser l’acide myristique par action de la potasse
alcoolique à chaud suivi d’une acidification.
MODE OPERATOIRE
PORT DES LUNETTES ET DES GANTS OBLIGATOIRES ! ! !
1ère étape : Extraction de la trimyristine de la noix de muscade
1.
Dans un tricol de 250 mL équipé d’un système d’agitation magnétique, d’un réfrigérant à
boules, d’une ampoule de coulée introduire 10,0 g de noix de muscade en poudre (quantité
pré-pesée) puis 60 mL de dichlorométhane tout en agitant.
2. Porter à reflux et maintenir le reflux pendant 30 minutes.
3. Retirer le chauffage et attendre que les vapeurs de solvant soient recondensées.
4. Sans laisser refroidir le contenu du tricol, filtrer la solution chaude à l’aide d’un entonnoir à
liquide et d’un filtre plissé en récupérant le filtrat dans un ballon de 100 mL.
5. Evaporer le solvant à l’évaporateur rotatif (confier votre ballon à l’examinateur).
6. Au résidu obtenu après évaporation, ajouter 30 mL d’acétone. Refroidir dans un bain glaceeau. Attendre environ 5 minutes.
7. Filtrer sur Büchner. Rincer le ballon puis le solide avec deux fois 5 mL d’acétone. Essorer le
solide à l’aide d’un tapon, puis entre deux feuilles de papier filtre.
8. Peser le produit obtenu. Soit m1 la masse obtenue.
2ème étape : Obtention de l’acide myristique
9. Dans un ballon propre de 100mL, peser 0,70 g de trimyristine ( produit fourni aux balances)
10. Ajouter précisément 20,0 mL de solution d’hydroxyde de potassium dans l’éthanol (potasse
éthanolique) dont la concentration molaire exacte vaut CB =
mol.L-1 et un
barreau aimanté.
11. Adapter le réfrigérant à boules et chauffer à reflux durant 20 minutes. Pendant le temps de
chauffage, préparer la CCM et le matériel pour le dosage.
12. Retirer le chauffage et attendre que les vapeurs de solvant soient recondensées.
13. Transvaser quantitativement le contenu du ballon dans un bêcher de 250 mL. Rincer le ballon
avec 150 mL d’eau bipermutée et verser le tout dans le bêcher. Refroidir sous un courant
d’eau froide.
14. Ajouter quatre gouttes de phénolphtaléine. Plonger l’électrode de pH-métrie. Doser le
contenu du bécher par la solution titrée d’acide chlorhydrique de concentration molaire
exacte CA =
mol.L-1 . Relever les valeurs du pH en fonction du volume
d’acide chlorhydrique versé noté VA. Noter la valeur du pH au changement de couleur et
continuer l’addition de la solution d’acide chlorhydrique jusqu’à un pH voisin de 1.
15. Tracer la courbe pH= f(VA) sur papier millimétré. Noter la ou les valeurs des volumes
équivalents obtenus.
16. Observer l’aspect du contenu du bêcher à la fin de l’ajout d’acide fort. Faire refroidir dans un
bain eau-glace le contenu du bêcher.
17. Filtrer sur Büchner. Rincer le bêcher et le solide avec de l’eau froide. Essorer le solide à
l’aide d’un tapon, puis entre deux feuilles de papier filtre.
18. Peser le produit obtenu. Soit m2 la masse obtenue.
Vérification par CCM de la nature des produits obtenus
Préparer une cuve à élution, le solvant d’élution étant le dichlorométhane.
Sur une plaque CCM, déposer :
Dépôt 1. : la trimyristine commerciale en solution dans l’éthanol (solution fournie)
Dépôt 2 : le premier produit obtenu en solution dans l’éthanol (solution à faire)
Dépôt 3 : le second produit obtenu en solution dans l’éthanol (solution à faire)
Dépôt 4 : l’acide myristique commercial en solution dans l’éthanol (solution fournie)
Procéder à l’élution puis révéler aux vapeurs de diiode et cercler les tâches au crayon à papier.
QUESTIONS
1ère étape : Extraction de la trimyristine de la noix de muscade
1. A l’aide du tableau de données fourni dans le protocole, justifier le choix du solvant utilisé
pour l’extraction de la trimyristine.
2. Pourquoi a-t-il fallu évaporer le dichlorométhane avant l’ajout d’acétone à l’étape 6 ? Que se
passe-t-il lors de l’ajout de l’acétone ?
3. Pourquoi est-il nécessaire de refroidir après l’ajout d’acétone ? Justifier la réponse.
4. Calculer le rendement de l’extraction de la trimyristine dans la noix de muscade défini comme
le rapport de la masse de trimyristine à la masse noix de muscade .
2ème étape : Obtention de l’acide myristique
5. Ecrire l’équation bilan de la réaction effectuée à l’étape 11. Donner son nom.
6. Déterminer la quantité d’hydroxyde de potassium introduite dans le ballon et la quantité de
trimyristine. En déduire la quantité d’ions myristate formé.
7. Ecrire les équation bilans des réactions mises en jeu durant le dosage de l’étape 14. On
indique que le pKA du couple acide myristique / myristate est de l’ordre de 5.
8. Pour quel pH la phénolphtaléine vire-t-elle ? Qu’a-t-on alors dans le milieu réactionnel quand
la phénolphtaléine a viré ?
9. Qu’a-t-on dans le milieu réactionnel à pH =1 ?
10. En déduire la quantité d’acide myristique formé et la masse correspondante.
11.Comparer à la masse obtenue m2 . Commenter.
FEUILLE DE RESULTATS
m1 =
m2 =
Veq =
pH =
Plaque de CCM à coller :
joindre la courbe pH = f(VA )
lors du virage de la phénolphtaléine
Matière d’œuvre (12 élèves)
tricol de 250 mL
agitation magnétique
réfrigérant à boules
ampoule de coulée
entonnoir à liquide et filtre plissé
2 ballons de 100 mL.
Charlotte
Petit Büchner
Ronds de papier filtre ( 5 par élève)
Tapon
papier filtre.
2 balances au centième de gramme
barreau aimanté + olive
agitateur magnétique
pipette de 20 mL + éprouvette de 50 mL
burette
pH-mètre
electrode verre combiné branchée
support burette
Deux pots assez larges
Plaques CCM
Cuves CCM + Cuve aux vapeurs d’iode
Capillaires
Spatule
Gants
lunettes
PRODUITS
10,0 g de noix de muscade en poudre (quantité pré-pesée)
60 mL de dichlorométhane (dispensette (2 fois 30)) + pour CCM (enlever la dispensette)
50 mL d’acétone flaconnée
Trimyristine synthétisée aux balances ( les élèves iront peser)
KOH dans l’éthanol à 1,0mol.L-1 (50 mL par élève) concentration exacte à donner le jour J.
Phénolphtaléine
HCl à 1,0mol.L-1 (50 mL par élève) concentration exacte à donner le jour J.
Pissette d’eau bipermutée.
la trimyristine commerciale( prendre la synthétisée) en solution dans l’éthanol
l’acide myristique commercial en solution dans l’éthanol
copies + brouillon +papier millimétré
FICHE EVALUATION
n° poste :
SANCTIONNER LES GROSSES ERREURS PAR DES POINTS NEGATIFS
ET LES ECRIRE SUR LA FICHE
1ère étape : Extraction de la trimyristine de la noix de muscade
1. Dans un tricol de 250 mL équipé d’un système d’agitation magnétique, d’un réfrigérant à boules, d’une
ampoule de coulée introduire 10,0 g de noix de muscade en poudre (quantité pré-pesée) puis 60 mL de
dichlorométhane tout en agitant.
Circulation d’eau dans le réfrigérant avant l’introduction des réactifs :
1 point
Position du montage (pas trop haut ni trop bas) :
1 point
Solide introduit avec l’entonnoir à solide :
1 point
Positon de la hotte :
1 point
2. Porter à reflux et maintenir le reflux pendant 30 minutes.
Respect de la durée du reflux :
1 point
3. Retirer le chauffage et attendre que les vapeurs de solvant soient recondensées.
4. Sans laisser refroidir le contenu du tricol, filtrer la solution chaude à l’aide d’un entonnoir à liquide et
d’un filtre plissé en récupérant le filtrat dans un ballon de 100 mL.
Respect des consignes :
1 point
5. Evaporer le solvant à l’évaporateur rotatif (confier votre ballon à l’examinateur).
6. Au résidu obtenu après évaporation, ajouter 30 mL d’acétone. Refroidir dans un bain glace-eau.
Attendre environ 5 minutes.
Mesure du volume d’acétone à l’éprouvette :
1 point
7. Filtrer sur Büchner. Rincer le ballon puis le solide avec deux fois 5 mL d’acétone. Essorer le solide à
l’aide d’un tapon, puis entre deux feuilles de papier filtre.
Technique de la filtration (fiole à vide attachée +casser le vide pour le lavage) :
2 points
Essora ge et séchage :
1 point
8. Peser le produit obtenu. Soit m1 la masse obtenue.
2ème étape : Obtention de l’acide myristique
9. Dans un ballon propre de 100mL, peser 0,70 g de trimyristine ( produit fourni aux balances)
Pesée correctement effectuée (pas de produit partout, tare effectuée) :
1 point
10. Ajouter précisément 20,0 mL de solution d’hydroxyde de potassium dans l’éthanol (potasse
éthanolique) dont la concentration molaire exacte vaut CB =
mol.L-1 et un
barreau aimanté.
Choix de la pipette et non de l’éprouvette :
1 point
Technique pour pipeter ( rinçage à la solution, ajustement au trait) :
2 points
11. Adapter le réfrigérant à boules et chauffer à reflux durant 20 minutes. Pendant le temps de chauffage,
préparer la CCM et le matériel pour le dosage.
Respect de la durée du reflux :
1 point
Circulation d’eau dans le réfrigérant remise :
1 point
12. Retirer le chauffage et attendre que les vapeurs de solvant soient recondensées.
13. Transvaser quantitativement le contenu du ballon dans un bêcher de 250 mL. Rincer le ballon avec
150 mL d’eau bipermutée et verser le tout dans le bêcher. Refroidir sous un courant d’eau froide.
Mesure à l’éprouvette des 150 mL d’eau :
1 point
Rinçage en plusieurs fois :
1 point
14. Ajouter quatre gouttes de phénolphtaléine. Plonger l’électrode de pH-métrie. Doser le contenu du
bécher par la solution titrée d’acide chlorhydrique de concentration molaire exacte CA =
mol.L-1 . Relever les valeurs du pH en fonction du volume d’acide chlorhydrique versé noté VA.
Noter la valeur du pH au changement de couleur et continuer l’addition de la solution d’acide
chlorhydrique jusqu’à un pH voisin de 1.
Burette ( rinçage à la solution, pas de bulle d’air, le zéro, lecture) :
4 points
15. Tracer la courbe pH= f(VA) sur papier millimétré. Noter la ou les valeurs des volumes équivalents
obtenus.
16. Observer l’aspect du contenu du bêcher à la fin de l’ajout d’acide fort. Faire refroidir dans un bain
eau-glace le contenu du bêcher.
17. Filtrer sur Büchner. Rincer le bêcher et le solide avec de l’eau froide. Essorer le solide à l’aide d’un
tapon, puis entre deux feuilles de papier filtre.
18. Peser le produit obtenu. Soit m2 la masse obtenue.
Vérification par CCM de la nature des produits obtenus
Préparer une cuve à élution, le solvant d’élution étant le dichlorométhane.
Sur une plaque CCM, déposer :
Dépôt 1. : la trimyristine commerciale en solution dans l’éthanol (solution fournie)
Dépôt 2 : le premier produit obtenu en solution dans l’éthanol (solution à faire)
Dépôt 3 : le second produit obtenu en solution dans l’éthanol (solution à faire)
Dépôt 4 : l’acide myristique commercial en solution dans l’éthanol (solution fournie)
Saturation de la cuve à l’avance +Manipulation soignée de la plaque +Ligne de dépôts au dessus de
l’éluant :
3 points
Sécurité : port des lunettes et des gants
2 points
Inititiative, autonomie, propreté
3 points
NOTE FINALE =
/ 30points