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Séparation purification contrôle de pureté

Niveau : lycée STL

Bibliographie : • leçon AB• L’épreuve orale de chimie au capes Florence Porteu de Buchère : fiche pratique n° 8 à• TP chimie organique

Prérequis : ✔ solubilité, solvants✔ oxydants et réducteurs✔ réactions acido basiques✔ état de la matière✔ CCM

Introduction :

En chimie, la substance que l’on cherche à obtenir est souvent mélangée à d’autres substances, quece soit à l‘état naturel ou à la suite d’une synthèse

Brut réactionnel : mélange des composés obtenus pendant ou à la fin d’une réaction

Il est intéressant de séparer ces constituants en pratique pour produire la substance désirée. Cestechniques concernent différents domaines que ce soit dans le milieu pharmaceutique, parfumerie,agroalimentaire

Objectif de la leçon : ✔ connaître le principe des différentes méthodes de séparation

On verra ces techniques pour un produit solide et liquideOn verra ces techniques pour l’extraction d’un produit naturel et pour l’isolation d’un produit issud’une synthèselancer la distillation de l’eugénol

I. Cas d’une espèce sous forme solide : l’acide benzoïque 1. Extraction solide liquide : filtration2. Recristallisation3. Mesure de la température de fusion

II. Cas d’une espèce sous forme liquide : eugénol1. Séparation par distillation2. Séparation3. Contrôle de pureté

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I. Acide benzoïquele mélange réactionnel doit avoir terminée on le décrit rapidementon récupère le mélange réactionnel, on l’acidifie vérification pH, on ajoute le sulfate et on lance le refroidissement puis on décrit ce qui se passe ou bien on a déjà fait tout ça avant et on le redécrit

https://www.chimix.com/an7/bac7/fran73.htm acide benzoïque = conservateur connu sous le nom E 10 E211 E212 (benzoate de sodium ou depotassium)Sa synthèse est réalisée par oxydation de l’alcool benzylique par les ions MnO ₄ ⁻

Présenter la réaction sur slide : oxydation par un oxydant puissantMnO ₄ ⁻ (aq) + 4 H ⁺ (aq)+ 3 e = MnO⁻ ₂(aq) +2H O₂ (l)///E° = 1,7 Volt/ESH

MnO ₄ ⁻ (aq)+ 2 H O₂ (l) + 3 e = MnO ⁻ ₂ (s)+4 HO ⁻

C H CO H₆ ₅ ₂ (aq) + 4 H⁺(aq) + 4e = C H CH OH ⁻ ₆ ₅ ₂ (aq)+ H O₂ (l) C H CO H₆ ₅ ₂ (aq) + 4 H O₂ (l) + 4 e = C H CH O⁻ ₆ ₅ ₂ ⁻ (aq) + 5 HO ⁻ (aq)

3 C H CH OH₆ ₅ ₂ (aq) + 4 MnO ₄ ⁻ (aq) = 3 C H CO ₆ ₅ ₂⁻ (aq) + 4 MnO (₂ s) + HO⁻(aq) + 4H O ₂ (l) On travaille en milieu basique pour former MnO et pas Mn₂ 2+

En fin de réaction on ajoute de l’éthanol pour consommer tous les ions permanganateOn acidifie ensuite le milieu pour former l’acide benzoïque et neutraliser le milieuOn se retrouve avec un solide marron MnO2 que l’on élimine par réduction avec du sulfate

Ou bienOn filtre le milieu pour éliminer MnO puis on acidifie le filtrat₂

1. Extraction solide liquide

2 solutions ici : filtration MnO ou l’éliminer en le réduisant₂ ici on le réduit étape déjà faite pour la présentation⇒

On se retrouve avec de l‘acide benzoïque sous forme de pp blanc : il faut le filtrer

On présente tout de suite cette technique qui intervient ensuite lors de l’étape de recristallisation• Filtre : par gravité ou par Büchner• Büchner : avec trompe a eau ou pompe on créée une dépression dans la fiole ce qui

optimise la filtration

On a à cette étape l’acide benzoïque qui est formé en phase solide : on pourrait le filtrer toutefois ily a des impuretés contenues dans ce solide et il faut les éliminerOn peut éliminer ces impuretés par recristallisation.

2. Recristallisation

Le principe de recristallisation repose sur les différences de solubilité à chaud et à froid dans un solvant donné dit solvant de recristallisation.La solubilité du composé à purifier est en général plus importante à chaud qu’à froid.On va dissoudre dans un minimum de solvant chaud puis on va refroidir la solution pour provoquerla recristallisation de la substance que l’on isole ensuite par filtration. Les impuretés restent ensolution (comme elles sont en faible quantité on n’atteint pas leur limite de solubilité et elles ne sesolidifient pas)

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Application iciOn sèche ensuite le solide : à l’étuve par exemple

Maintenant que l’on a fait l’étape de séparation et de purification, il ne reste plus qu’à caractérisernotre produit pour vérifier sa pureté

3. Température de fusion

banc Kofler : plaque chauffante présentant un gradient de température et permettant de déterminer la température de fusion d’un composé. Il mesure des températures de fusion entre 50°C et 250°C.

Il faut au préalable l’étalonner avec une substance connue qui fond à une température voisine de celle du corps que l’on souhaite testé.

• Si la température de fusion est inférieure à celle tabulée : impuretés• Si la température de fusion est supérieure : présence de solvants peu volatil (eau)

séchage pas terminé

Bilan : pour une espèce solide, isole par filtrationpurifie par recristallisationvérifie la pureté par T ébullition

II. Eugénol

eugénol : contenu dans clou de girofle : peut faire huiles essentielles

L’eugénol C10H12O2 est très peu soluble dans l’eau et est insoluble dans l’eau salée. Cependant,l’eugénol est très soluble dans le dichlorométhane et dans l’éther diéthylique.

1. Distillation

La distillation permet de séparer deux ou plusieurs espèces d’un mélange liquide homogèneen se basant sur une différence de températures d’ébullitions.Mélange homogène : distillation simple : lorsque les températures d’ébullition sont très différentes Distillat = composé le plus volatil

utilisation avec évaporateur rotatif par exemple⇒(l’évaporateur permet d’éviter aussi un chauffage trop important, la rotation plaque le liquide sur les parois et homogénéise le chauffage)

distillation fractionnéesuccessions de distillations simples grâce à une colonne de VigreuxLa hauteur de la colonne doit être d’autant plus grande que l’écart de température est faible

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Mélange hétérogène : Hydrodistillation : technique d’extraction par distillation d’une ou de plusieurs espèces d’un mélange liquide hétérogène : constitué de deux phases non miscibles

Pour extraire une huile essentielle, on va avoir tendance a mettre beaucoup d’eau car cela permet defaire une macération en même temps

L’huile va surnager au-dessus de la phase aqueuse

Durant l’extraction la température est constante : une fois que la température augmente, l’extractionest terminée

l’hydrodistillation permet de purifier une espèce à une température bien inférieure sous la pressionatmosphérique

2. Extraction liquide liquide

Faire passer une espèce dissoute dans un solvant vers un autre solvant non miscible aupremierAvec ampoule à décanter

On va saler la phase aqueuse car l’eugénol y est encore moins soluble = relargageExtraction avec dichlorométhanele fait d’ajouter du sel dans la phase aqueuse s’appelle le relargage cf L’oral de physique chimie page 417

reste étapes extractions : on peut coupler l’extraction à une réaction chimique : exemple lavage d'une phase organiquecontenant un acide par une phase aqueuse basique le fera passer en phase aqueuseOn peut alors ici séparer l’eugénol de acétyle eugénol

On ré-acidifie ensuite la phase aqueuse et on peut extraire l’eugénol de sa phase aqueuse et lecaractériser

3. Pureté

CCMLa chromatographie sur colonne permet la séparation quantitative et la ccm est utilisée encaractérisationPrincipe de séparation : partage des composés du mélange du fait de la différence d’affinité entredeux phases non miscibles :une phase fixe déposée sur un supportune phase mobile = éluant qui se déplace au contact de la phase fixe

Le soluté migre selon deux affinités, celle pour l’éluant et celle pour la phase fixeLa phase fixe est très polaire (silice ou alumine)

On mesure ensuite le rapport frontal Rf = distance parcourue par le soluté / distance parcouruepar l’éluant

cf l’oral de chime page 425Autre contrôle de pureté : le réfractomètreLa réfractométrie est une technique qui permet la mesure de l’indice de réfraction d’un milieu.

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indices de réfraction n sont tabulées Remarque : n augmente avec la fraction molaire, donc si il y a présence d’impuretés, alors l’indicediminue.

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Manip :Synthèse acide benzoïque protocole AB ou protocole TP à choisir

Matériel

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première stl

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prg terminale STL

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