DM chimie organique

[Alexandra TS]

Bonjours, j'ai un DM de chimie à faire, mais le problème est que j'ai de grandes difficultés à répondre aux questions posées. De plus je n'arrive pas à justifier mes réponses. Merci d'avance pour votre aide.

Protocole expérimental :

Synthèse :
Dissoudre 10g d'hydroxyde de potassium dans 10 mL d'au distillée, dans un erlenmeyer plongé dans un bain d'eau glacée. Transvaser la solution dans un ballon de 50 mL équipé d'une olive aimantée. Ajouter sous hotte 10,0 mL de benzaldéhyde. Porter le milieu réactionnel à reflux, enagitant vigoureusement pendant 1h30.

Traitement et purification :
Laisser refroidir le milieu réactionnel puis y verser 15 à 20 mL d'eau jusqu'à obtenir une solution homogène. Extraire 4 fois la phase aqueuse avec 30 mL d'éther éthylique. Sécher la phase organique à l'aide de sulfate de magnésium anhydre, puis filtrer sur un papier filtre. Recueillir le filtrat dans un ballon, puis évaporer le solvant à l'aide d'un évaporateur rotatif : on recueille 7,2 mL d'un liquide incolore.
Placer la phase aqueuse dans un erlenmeyer, puis la refroidir à l'aide d'un bain d'eau glacée. L'acidifier avec de l'acide chlorhydrique concentré sous hotte jusqu'à obtenir une mesure de pH inférieur à 3. Un solide précipite, que l'on essore sur Büchner. Le rincer à l'au distillée puis le sécher à l'étuve. On recueille 9,8g de solide.

Questions :
1-Identifier dans le protocole de synthèse le rôle de chacune des espèces chimiques introduites. Justifier succinctement.
Dans le protocole de synthèse je remarque qu'il y a deux espèces :
rôle hydroxyde de potassium : permet d'être en milieu basique
rôle benzaldéhyde : ?
2- Déterminer la composition des phases aqueuses et organiques, après l'extraction à l'éther diéthylique. On justifia soigneusement la réponse.
Phase supérieure : organique : éther + alcool benzylique
phase inférieur : aqueuse : eau + benzoate + hydroxyde de potassium
L'éther des moins dense (0.714) que l'au(1.000) donc il constitue la phase supérieur.
3- Qu'obtient-on après évaporation du solvant de la phase organique ? Comment caractériser cette espèce chimique.
4- Traitement de la phase aqueuse.
a- Quel produit précipite quand on ajout l'acide chlorhydrique ?
b- Expliquer pourquoi il précipite et écrire la réaction qui s'est produit par ajout d'acide chlorhydrique.
c- Justifier qu'il faille acidifier jusqu'à obtenir un pH inférieur à 3.
5- Dresser le tableau d'avancement de la réaction de Cannizzaro et déterminer le réactif limitant.
ni(HO-) = ni(KOH) =10/56.1 = 0.18 mol
ni(C7H6O) = (1.05*20)/106 = 0.20 mol
Si C7H6O est le réactif limitant : Xmax = 1/2*0.20 = 0.10 mol
Si HO- est le réactif limitant : Xmax = 0.18 mol
Xamx = 0.10 mol et le benzaldéhyde est le réactif limitant.
6- Déterminer le rendement de cette réaction pour chacun des deux produits récupérés.
rendement = (mexpérimentale)/(mthéorique)
7-Proposer pour chacun d'eux une manipulation permettant de les identifier.

[SoS(29)]

Bonjour.
Avant de répondre aux différentes questions, répondez aux suivantes :
Quel est l'objectif ce cette manipulation ? Quel produit obtient-on ? Quel type de réaction s'agit-il ? (acide/base ; ox/red ...)
Lorsque vous y aurez répondu vous pourrez aborder plus sereinement les autres questions.

[Alexandra TS]

Réactifs : hydroxyde de potassium et benzaldéhyde
Produits : alcool benzylique et benzoate
Mécanisme réactionnel :
hydroxyde de potassium + benzaldéhyde -> alcool benzylique + benzoate
Il s'agit du mécanisme de la réaction de Cannizzaro.
L'objectif de cette manipulation est d'obtenir un solide pur (pas sure de ma réponse)

[SoS(29)]

hydroxyde de potassium et benzaldéhyde

Donc à la première question vous pourrez indiquer le rôle du benzaldéhyde : c'est un réactif.
Êtes vous sure que l'hydroxyde de sodium soit le réactif ? Il me semble que le solide ionique hydroxyde de sodium se dissout dans l'eau et donne des ions sodium et de ions hydroxyde.
Les ions sodium sont-ils acteurs ou spectateurs ?
Les ions hydroxyde sont-ils acteurs ou spectateurs ?
Effectivement on obtient l'alcool benzylique et l'ion benzoate au lieu de l'acide benzoïque car on est en milieu basique et donc on obtient la base conjuguée de l'acide benzoïque.
Certes on l'appelle

réaction de Cannizzaro.

mais de quel type de réaction s'agit-il ?
Pour la suite, il vous faut argumenter.
D'après l'énoncé à quoi sert l'éther éthylique.
Il me semble que c'est un solvant organique peu polaire donc ...
L'eau est un solvant polaire donc ...
Pour la position des différentes phases c'est bien en utilisant la densité que l'on argumente.
Question quatre a :Lorsque l'on ajoute de l'acide que devient l'anion benzoate ?
Question quatre b : Cette espèce chimique est-elle soluble dans l'eau ? Et qu'est-ce qui fait qu'elle soit moins soluble de l'anion benzoate ?
question cinq : le tableau d'avancement et les calculs sont corrects.
Question 6 : d'accord pour la relation. Il suffit de réaliser le calcul.
Question 7 : Comment identifier l'alcool benzylique ? Et comment identifier l'espèce chimique qui a cristallisée dans l'eau froide acidifiée à pH < 3 ?

[Alexandra TS]

J'ai réussi à poursuivre mes recherches et je pense avoir bien répondue mais je voudrais votre avis et votre aide pour les quelques questions qui restent.
Merci de votre aide.

1- Il y aurai donc qu'un réactif ? L'hydroxyde de potassium serait un solvant ?

3- Après évaporation du solvant de la phase organique on obtient un liquide incolore.
Comment caractériser cette espèce chimique : ?

4a- C'est l'ion benzoate qui précipite quand on ajoute l'acide chlorhydrique.

b- L'ajout d'acide chlorhydrique concentré permet de transformer l'ion benzoate en son acide conjugué, l'acide benzoïque. Il va donc précipiter et il sera alors facilement récupérable par filtration.

C6H5CH2O + H3O+ → C6H5CH2OH + H2O

c- Acidifier la solution sert donc à faire précipiter l'acide benzoïque.
On souhaite un pH inférieur à 3 pour être sur d'avoir bien fait réagir tout le benzoate. Le pKa est de 4,2 donc pour être sur que l'équilibre entre les deux est bien déplacé vers la formation d'acide il faut un pH inférieur à 3.

6- Je n'arrive pas à trouver la masse théorique. Il faut faire n*M je crois.
La masse expérimental est de 9,8g

7- Pour identifier l'alcool benzylique je propose de mettre en place une CCM. Pour l'acide benzoïque je propose d'utiliser le banc kofler.

[SoS(29)]

1- Il y aurai donc qu'un réactif ?

Oui

L'hydroxyde de potassium serait un solvant ?

Non.

Après évaporation du solvant de la phase organique on obtient un liquide incolore.
Comment caractériser cette espèce chimique : ?

D'après l'équation de cette dismutation de quelle espèce sait-il ?
Lorsque vous aurez répondu chercher les moyen de la caractériser.

4a- C'est l'ion benzoate qui précipite quand on ajoute l'acide chlorhydrique.

Faux en milieu acide que devient l'ion benzoate ?
Voir réponse 4b.
C'est cette espèce qui précipite (voir solubilité dans l'énoncé).

c- Acidifier la solution sert donc à faire précipiter l'acide benzoïque.
On souhaite un pH inférieur à 3 pour être sur d'avoir bien fait réagir tout le benzoate. Le pKa est de 4,2 donc pour être sur que l'équilibre entre les deux est bien déplacé vers la formation d'acide il faut un pH inférieur à 3.

Oui.

6- Je n'arrive pas à trouver la masse théorique. Il faut faire n*M je crois.
La masse expérimental est de 9,8g

Si le rendement est de 100% il y a autant de mole d'acide benzoïque que du réactif.

Il faut faire n*M je crois

Oui

7- Pour identifier l'alcool benzylique je propose de mettre en place une CCM. Pour l'acide benzoïque je propose d'utiliser le banc kofler.

Oui.

[Alexandra TS]

1- Je n'arrive toujours pas à savoir le rôle de l'hydroxyde de potassium.
L'hydroxyde de potassium est utilisé pour généré une réaction en milieu basique. C'est ça qu'il faut dire ?

3- Après évaporation du solvant de la phase organique on obtient un liquide incolore. Il s'agit de l'alcool benzylique puisque l'éther est un solvant, il est donc évaporé.
Comment caractériser cette espèce chimique. En regardant soit sa température de fusion (-15°C) soit sa température d’ébullition (205°C).

4a- C'est l'acide benzoïque qui précipite quand on ajoute l'acide chlorhydrique.

6- (mthéorique) = n*M = 0,10*122 = 12,2
rendement = (mexpérimentale)/(mthéorique) = 9,8/12,2 *100 = 80,3 %

[SoS(29)]

1- Je n'arrive toujours pas à savoir le rôle de l'hydroxyde de potassium.
L'hydroxyde de potassium est utilisé pour généré une réaction en milieu basique. C'est ça qu'il faut dire ?

est-ce que vous avez ce qu'est un catalyseur ?

3- Après évaporation du solvant de la phase organique on obtient un liquide incolore. Il s'agit de l'alcool benzylique puisque l'éther est un solvant, il est donc évaporé.
Comment caractériser cette espèce chimique. En regardant soit sa température de fusion (-15°C) soit sa température d’ébullition (205°C).

Pourquoi pas.
On eut aussi envisager une méthode spectro (IR ou RMN)

4a- C'est l'acide benzoïque qui précipite quand on ajoute l'acide chlorhydrique.

6- (mthéorique) = n*M = 0,10*122 = 12,2
rendement = (mexpérimentale)/(mthéorique) = 9,8/12,2 *100 = 80,3 %

OK

[Alexandra TS]

Un catalyseur est un facteur cinétique qui influence la vitesse de réaction.
L'hydroxyde de potassium serait donc un catalyseur.

[SoS(29)]

C'est le rôle de l'hydroxyde.
La réaction de dismutation d'un aldéhyde en un alcool et un acide (ou plutôt en la base conjuguée de cet acide) est catalysée par les ions hydroxyde.

[Alexandra TS]

D'accord.
En tout cas merci beaucoup pour votre aide.