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TP OXYDATIONS

NIVEAU PREMIERE

Objectifs du TP - Réaliser une manipulation de synthèse organique

- Comprendre le rôle d’oxydant chimique de l’eau oxygénée (H2O2 en solution)

- Suivre la transformation d’un alcool en acide carboxylique (par CCM)

Temps disponible : 1,5 Heures

Documents à disposition - TP et cours de lycée.

- énoncé du TP contenant des informations, distribué dès le début de la séance.

Déroulement de la séance - Mise en évidence de la problématique des réactifs chimiques synthétiques et leur impact sur l’environnement

- Utilisation du matériel mis à disposition des élèves.

- L’aspect expérimental est privilégié. Les élèves sont tenus de prendre des notes pendant la séance de travaux pratiques. Un Compte rendu peut-être demandé par le professeur de sciences du lycée.

Les solutions et éluants sont préparés à l’avance.

CPE Lyon Domaine Scientifique de la Doua 43, bd du 11 Novembre 1918 Tél. : (33) 04 72 43 17 00 Bâtiment Hubert Curien Fax : (33) 04 72 43 16 84 B.P. 82077 - 69616 Villeurbanne cedex - France SIRET 391 895 109 00026 - APE 8542 Z membre de www.cpe.fr TVA INTRACOM FR.40 391 895 109

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Problématique : Les oxydants chimiques puissants présentent des dangers de manipulation. Les rejets minéraux produits ne peuvent pas être déversés dans l’environnement et le public ne doit pas être exposé à ce produit (MnO2 Numéro CAS 1313-13-9 Fiche toxicologique INRS N° 52, Edition 1997).

Oxydation de l’alcool benzylique en acide benzoïque (benzoate de potassium)

1-Ecrire les formules brutes de cette équation chimique.

2-Identifier, entourer et nommer les fonctions chimiques.

Atelier 1 : Préparation des analyses Principe

CCM et IR des produits commerciaux : acide benzoïque et alcool benzylique.

Sur une plaque CCM prédécoupée, déposer un peu de la solution d’acide benzoïque commercial comme référence et un peu de la solution d’alcool benzylique commercial. Repérer ces différents dépôts, éluer (pentane/éther 50 /50)

Révéler sous UV à 254 nm.

3-Commenter la plaque CCM et calculer après la séance et à l’aide des mesures sur place, les rapports frontaux.

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Atelier 2 : Oxydants chimiques Effectuer une réaction d’oxydation avec l’ion permanganate MnO4 -

4-Lors de la synthèse les couples oxydant/réducteur sont :

MnO4-(aq)/MnO2(s) et C7H5O2-(aq)/C7H8O(l)

Ecrire et équilibrer chaque demi-équation en milieu basique (HO-) et en déduire l’équation bilan de la réaction chimique.

Sécurité Principaux dangers associés aux produits chimiques que vous allez manipuler Produit chimique CAS RN

Dangers Commentaires

Alcool benzylique 100-51-6

Nocif en cas d’ingestion ou d’inhalation

Benzaldéhyde 100-52-7

Nocif en cas d'ingestion

Soude NaOH aqueuse à 1 mol/L

Peut être corrosif pour les métaux. Provoque des brûlures de la peau et des lésions oculaires graves

Permanganate de potassium 7722-64-7

Peut aggraver un incendie; comburant. Nocif en cas d'ingestion. Très toxique pour les organismes aquatiques, entraîne des effets néfastes à long terme.

Acide benzoïque 65-85-0

Provoque des lésions oculaires graves. Peut irriter les voies respiratoires.

Acide chlorhydrique à 1 mol/L

Peut être corrosif pour les métaux

Silice 12926-00-8 ou 7631-86-9

Provoque sévère irritation des yeux. Peut irriter les voies respiratoires

Pentane [109-66-0]

Peut provoquer somnolence ou vertiges

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Montages

Manipulation

Filtration et précipitation

Manipulation au laboratoire

Etape 1 : Assembler le montage selon le modèle fourni

Introduire un barreau aimanté dans le ballon tétracol de 250 mL mis à votre disposition.

Fixer ce ballon avec une pince plate (à mâchoire) au- dessus de la platine d’agitation et dans la bassine métallique de sécurité.

Adapter un réfrigérant sur le col central. Il est nécessaire de l’alimenter en eau. Positionner une pince 3/4 doigts non serrée sur le corps du réfrigérant pour éviter son basculement.

Au-dessus du réfrigérant placer le système d’aspiration (Boa).

Sur un col latéral, fixer le thermomètre pour qu’il n’entre pas en contact avec le barreau aimanté.

Placer l’ampoule de coulée sur un autre col latéral de manière à pouvoir aisément atteindre le robinet.

Positionner un bouchon en caoutchouc sur le dernier col.

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Remarque : un peu de graisse silicone non toxique est présente sur la verrerie, ce qui rend vos doigts glissants, attention à la casse !

Appelez un encadrant pour vérifier le montage et distribuer les réactifs.

A partir de maintenant les lunettes de protection et la blouse fermée sont obligatoires

Portez les gants de protection pour manipuler les solutions chimiques.

Etape 2 : Introduire les réactifs séparés dans le montage

Sous contrôle d’un encadrant

• introduire 1 mL d’alcool benzylique (M = 108,14 ; d= 1,04 ; 10 mmol) dans le ballon. Puis 20 mL de soude à 1 mol/L.

• Mettre l’agitation en route et vérifier l’absence de chauffage.

• Remplir l’ampoule de coulée fermée avec la solution de permanganate de potassium à 0,25 mol/L (8 mL, distribuée par les encadrants).

Etape 3 : Mélanger les réactifs et contrôler la réaction

Sous votre contrôle (Appelez un encadrant en cas de souci)

• Ajouter goutte à goutte (à l’aide du robinet de l’ampoule de coulée) la solution de permanganate de potassium.

• Vérifier que la température du mélange augmente légèrement et que la solution ne se met pas à bouillir sans contrôle.

Etape 4 : Chauffer à reflux

• Laisser sous agitation pendant une 15 minutes après avoir atteint le reflux.

Sous votre contrôle (Appelez un encadrant en cas de souci)

• Noter l’aspect en fin de réaction : la coloration violette du permanganate de potassium doit être moins remplacée par une couleur marron de MnO2.

Etape 5 : Refroidir et séparer le MnO2

• Remplir la bassine d’eau froide et appelez un encadrant.

Sous contrôle d’un encadrant

• Filtrer la solution sur papier. La coloration marron ne doit plus apparaître en solution (à faire contrôler).

• Transvaser le contenu du ballon dans un bécher placé sous un Boa.

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Etape 6 : précipiter le produit en solution aqueuse

Sous votre contrôle (Appelez un encadrant en cas de souci)

• Repérer la présence éventuelle d’une phase non aqueuse.

Sous contrôle d’un encadrant

• Ajouter 20 mL d’acide chlorhydrique dilué (avec des gants). Verser lentement les acides sur les bases (réaction exothermique).

• Noter le pH et continuer d’ajouter de petits volumes d’acide pour obtenir un précipité blanc persistant.

• Filtrer le précipité obtenu ou sécher un peu du composé brut humide sur papier.

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Comparer le produit obtenu aux références par CCM et par IR Spectres IR disponibles sue http://sdbs.db.aist.go.jp/sdbs/cgi-bin/direct_frame_top.cgi, consulté le 5/02/2015

Conclusion

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Atelier 3 : Des enzymes qui oxydent Principe

Une réaction enzymatique transforme le gaïacol incolore en son produit d’oxydation la gaïaquinone de couleur rouge foncé. L’enzyme peroxydase est présente dans le radis. On peut l’extraire après pelage, broyage et filtration du radis. L’eau oxygénée qui fournit l’oxygène nécessaire à la réaction. Cette enzyme dégrade l’eau oxygénée en dioxygène O2 : observer le bullage.

Sécurité Principaux dangers associés aux produits chimiques que vous allez manipuler

Produit chimique CAS RN

Dangers Commentaires

H2O2 à 5% 7722-84-1

Nocif en cas d'ingestion. Provoque des lésions oculaires graves

Guaiacol 90-05-1

Nocif en cas d'ingestion. Provoque une irritation cutanée. Provoque une sévère irritation des yeux.

Source Fiche de donnée de sécurité, disponibles chez Sigma-Aldrich France, url : http://www.sigmaaldrich.com/france.html recherche par nom ou par numéro Chemical Abstracts Service Registry Number (CAS RN).

Lien avec les SVT Des protéines actives dans la catalyse : les enzymes

_ Matériel végétal frais : radis rose ou radis noir ou navet

Décrire l’expérience ci-dessous