TP 2(A4) : Observation d'un colorant et synthése d'un pigment : l'indigo

REA1– Réaliser un dispositif expérimental correspondant à un protocole donné.

REA3– Identifier le risque et respecter les règles de sécurité.

COM2– Communiquer à l’écrit.

ATT4– Travailler en équipe.

II–– OObbsseerrvvaattiioonn dd''uunn ccoolloorraanntt

On plonge quelques secondes une dragée au chocolat de couleur verte dans quelques millilitres d'eau distillée.

Quelques gouttes de la solution verte sont mises au sommet d'une colonne de silice humidifié à l’éthanol (le solvant) :

il s'agit d'une chromatographie sur colonne.

Q10) A la fin du TP, faire un schéma de la colonne.

IIII–– PPrréésseennttaattiioonn ddee llaa ssyynntthhèèssee dd''uunn ppiiggmmeenntt :: ll''iinnddiiggoo L’indigo (du latin indicum : de l'Inde) est le plus ancien représentant de la famille des indigoïdes ; son histoire commence

en Inde, quatre millénaires avant J.C.. L’indigo naturel provient de nombreuses espèces d’indigotiers (famille des légumineuses), ou par fermentation de la guède

(1) (pastel de couleur bleue) de la famille des crucifères et ou de la renouée

des teinturiers de la famille des polygonacées.

Pour préparer l’indigo à partir des plantes, on les faisait macérer dans de grandes citernes pleines d’eau. L’hydrolyse enzymatique s’effectuait en douze heures. On obtenait une solution alcaline qu’on battait avec de grandes perches pour

favoriser son contact avec l’air. L’indigo précipitait sous forme de flocons bleus. Il pouvait être conservé par séchage au

soleil de la pâte fermentée roulée en boules, ce qui explique le nom de pastel donné à la guède. Avant le XIX

ème siècle, la rareté des pigments bleus anoblit l’indigo au rang de substance luxueuse. Le commerce lucratif lié

à son extraction connut cependant une fin rapide après la découverte en 1882, par le chimiste allemand Adolf von Bayer

(1835 – 1917), d’une méthode de synthèse de l’indigo, pour laquelle il obtint le prix Nobel de chimie en 1905.

IIIIII–– PPrrééppaarraattiioonn ddee ll’’iinnddiiggoo.. On prépare l’indigo à partir du 2–nitrobenzaldéhyde par la méthode proposée par Bayer–Drewsen en 1882.

11)) QQuueessttiioonnss pprrééaallaabblleess :: Lors de cette synthèse, nous souhaitons utiliser n1 = 1,7.10

–3 mol de 2–nitrobenzaldéhyde et n2 = 3,5.10

–2 mol d’acétone.

Q1) Quelle masse de 2–nitrobenzaldéhyde est–il nécessaire de peser ? Quel volume d’acétone est–il nécessaire de prélever ?

Q2) Déduire des pictogrammes (Voir annexe) les précautions à prendre pendant cette synthèse.

22)) PPrroottooccoollee eexxppéérriimmeennttaall :: AAtttteennttiioonn aauuxx rreessppeeccttss ddeess rrèègglleess ddee ssééccuurriittéé ppoouurr llaa mmaanniippuullaattiioonn

Peser 0,26 g de 2–nitrobenzaldéhyde dans une coupelle et la verser dans un becher ou un erlenmeyer de 100 mL.

Ajouter 2,5 mL d’acétone, diluer la solution avec 5 mL d’eau distillée. Agiter avec l’agitateur magnétique.

Continuer à agiter la solution en ajoutant au goutte à goutte 2 mL de solution de soude concentrée ( 1 à 2 mol.L–1).

La couleur de la solution passe alors rapidement au jaune clair, puis devient plus foncée et en quelques secondes, un précipité d’indigo apparaît.

Continuer d’agiter pendant quelques mn puis filtrer sur Büchner.

Laver le solide à l’eau puis avec quelques millilitres d'éthanol.

Partager équitablement votre indigo dans 2 bechers.

Q3) Faire le schéma correspondant au protocole de la synthèse de l’indigo et de la filtration sur filtre Büchner.

IIVV–– UUttiilliissaattiioonn ddee ll’’iinnddiiggoo :: tteeiinnttuurree dduu ccoottoonn.. 11)) TTeeiinnttuurree ssiimmppllee

Dans un becher contenant de l’indigo, ajouter 10 mL d'eau distillée. Agiter avec la baguette en verre.

Avec une pince, introduire une bande de coton dans la solution pendant 2 minutes () en agitant et la retirer.

Exposer la bande coton à l’air pendant quelques minutes et rincer sous l'eau courante.

Observer.

Q4) Le mélange indigo + eau est–il homogène ? Le tissu est–il teint ?

NO2

H

O

H3CC

CH3

O

22)) TTeeiinnttuurree eenn 22 tteemmppss

Dans un petit becher contenant de l’indigo, ajouter 10 mL de dithionite de sodium basique (avec de la soude). Agiter

avec la baguette en verre.

Avec une pince, introduire une bande de coton dans la solution pendant 2 minutes () en agitant et la retirer.

Exposer la bande coton à l’air pendant quelques minutes et rincer sous l'eau courante.

Sécher le coton avec un peu d’essuie–tout et observer l’évolution de la couleur.

Q5) Noter vos observations.

VV–– QQuueessttiioonnss.. Q6) Identifier les espèces (noter les noms des espèces dans la 1

ère équation) et ajuster la stœchiométrie de l’équation de

la synthèse suivante (dans la 2ème

équation qui est la même que la 1ère

) :

…………………………….. + …………………. + …………….. …………….. + ………………… + …..……

…. + …. + …. HO– .... + …. CH3COO– + …. H2O

Q7) Quel est le rôle de l'hydroxyde de sodium ? Que traduit le changement de couleur lors de l’introduction de la soude ?

Q8) Quel est le rôle du dithionite de sodium et du dioxygène de l'air ?

Q9) L’indigo est–t–il un pigment ou un colorant ?

AAnnnneexxeess DDoonnnnééeess ::

Masses molaires : M(C) = 12,0 g.mol–1 ; M(H) = 1,0 g.mol–1 ; M(O) = 16,0 g.mol–1 ; M(N) = 14,0 g.mol–1.

Densité de l’acétone : d(acétone) = 0,79 ; Masse volumique de l’eau : ρ(eau) = 1,0 Kg.L–1

FFiicchheess ddee ssééccuurriittéé..

2–nitrobenzaldéhyde CHO–C6H4–NO2 Acétone (propanone) CH3–CO–CH3 Ethanol CH3–CH2OH

Nocif en cas d’ingestion Irritant pour les yeux, les voies respiratoires et la peau. En cas de contact avec les yeux, laver immédiatement et abondamment avec de l’eau et consulter un spécialiste.

Inhalation : irritation bronchique , troubles respiratoires, ébriété, obnubilation. Yeux : rougeurs, douleur Ingestion : ébriété, obnubilation

Cancérogène pour l'homme. Inhalation : ébriété, nausée, vomissements. Peau : aucun effet. Yeux : dangereux. Ingestion : ébriété, nausée, vomissements, coma éthylique .

Soude (d’hydroxyde de sodium) NaOH Dithionite de sodium (hydrosulfite de sodium) Na2S2O4

Provoque de graves brûlures de la peau et des lésions oculaires. Peau : Irritant. Yeux : Irritant.

Matière auto–échauffante; peut s'enflammer. Nocif en cas d'ingestion. Au contact d'un acide, dégage un gaz toxique.

LLeess 22 ffoorrmmeess ddee ll''iinnddiiggoo :: L'indigo est en fait un couple d'oxydant–réducteur noté Ind / Ind2–. Il peut exister soit sous la forme oxydée Ind, soit sous la forme réduite Ind2–. L’indigo existe donc sous deux formes qui n'ont pas la même couleur. L'indigo sous sa forme oxydée est noté Ind. C'est un solide de couleur bleue, de formule brute C16H10N2O2, insoluble dans l'eau. L'indigo sous la forme réduite est notée Ind2–. C'est un ion soluble dans l'eau, de formule brute C16H10N2O2

2–, de couleur jaune pâle et qui possède une affinité particulière (qui réagit chimiquement) pour toute molécule possédant des hydrogènes liés à des atomes d’oxygène. Dans certaines conditions, l’indigo peut passer d’une forme à l’autre au cours de réactions chimiques

FFiixxaattiioonn ddee ll''iinnddiiggoo :: (notion de couple rédox vue plus tard dans l'année)

Mis en présence d'ions dithionite S2O42–, on produit l'indigo sous la forme réduite (Ind2–), de couleur jaune pâle. Seule

la forme réduite de l'indigo peut être fixée par les tissus. Le tissu imprégné de la forme Ind2– est ensuite oxydé par le dioxygène de l'air (couple rédox O2/H2O). La forme réduite jaune pâle de l'indigo donnant la forme oxydée bleue de l'indigo, qui teint alors le tissu en surface.

NO2

H

O

H3CC

CH3

O

Correction TP 2(A4) : Observation d'un colorant et synthése d'un pigment : l'indigo

Q1) Calcul de la masse de 2–nitrobenzaldéhyde :

Masse molaire du 2–nitrobenzaldéhyde : M1 = 151,0 g.mol–1

m1 = n1×M = 1,7.10–3

× 151,0 = 0,26 g

Calcul du volume d’acétone :

Masse molaire de l’acétone : M2 = 58,0 g.mol–1

M2 = n2×M2 = 3,5.10–2

× 58,0 = 2,0 g

d(acétone) = (acétone)

(eau) ρacétone = dacétone×ρeau = 0,79×1,0 = 0,79 Kg.L

–1 = 7,9.10

2 g.L

–1

ρ(acétone) = m(acétone)

(acétone) Vacétone =

macétone

acétone

= 2,0

7,9.102 = 2,5.10

–3 L = 2,5 mL

Q2) Il faut manipuler avec des gants et des lunettes.

Q3)

Q4) Le mélange eau+indigo n'est pas homogène (il est hétérogène). Le tissu n'est pas teint.

L'indigo part avec le lavage à l’eau.

Q5) Le tissu est d'abord vert–jaune et ensuite, après exposition à l'air, il devient bleu. La teinture

ne part plus avec le lavage.

Q6) 2–nitrobenzaldéhyde + acétone + ion hydroxyde indigo + ion éthanoate + eau (provenant de la soude Na+ + HO–)

2 + 2 + 2 HO– + 2 CH3COO

– + 4 H2O

0,26 g de nitrobenzaldéhyde +

2,5 mL d’acétone +

5 mL d’eau

becher

barreau aimanté

agitateur magnétique

2 mL de solution de soude

concentrée au goutte à goutte

fiole à vide

filtre Buchner

Vers la trompe à eau

Résidu : éthanol et réactifs qui

n’ont pas réagi

Filtrat : indigo

Q7) La solution d'hydroxyde de sodium Na+ + HO

– (ou solution de soude) sert à apporter les ions

hydroxyde HO– nécessaire à la réaction de formation de l'indigo. Les ions sodium Na

+ sont

spectateurs : ils ne participent pas à la réaction.

Q8) Le dithionite de sodium et le dioxygène de l'air sont des fixateurs de l'indigo. Ils permettent à

ce dernier de se fixer sur le coton (les réactions chimiques d'oxydoréduction qui en sont la

raison seront étudiées plus tard cette année).

Q9) L'indigo est un pigment (insoluble dans l'eau).

Q10) La couleur verte est due à 2 colorants (soluble dans le solvant : ici l'éthanol): un bleu et un

jaune.

Séparation des colorants bleu et

jaune dans la colonne de silice

Quelques gouttes de solution contenant

le colorant vert et de l'eau