Etude d’une substitution nucléophile par conductimétrie...

3
1 Etude d’une substitution nucléophile par conductimétrie : hydrolyse du chlorure de tertiobutyle 1. La réaction étudiée On se propose d’étudier la cinétique de la réaction d’hydrolyse du chlorure de tertiobutyle : C CH 3 CH 3 C H 3 Cl H 2 O + C CH 3 CH 3 C H 3 OH Cl H + eau/acÈtone On peut remarquer que le réactif eau est également le solvant, puisqu’il s’agit d’une hydrolyse. Cela signifie que la quantité de molécules d’eau est extrêmement importante en comparaison de la quantité de molécules de chlorure de tertiobutyle. La concentration en eau est donc quasiment constante et il y a dégénérescence de l’ordre. L’expérience ne peut donner accès qu’à l’ordre de la réaction par rapport au chlorure de tertiobutyle. Donc soyons vigilant : si nous concluons en disant qu’il s’agit d’une cinétique d’ordre 1, il s’agira donc de l’ordre par rapport au chlorure de tertiobutyle. Autrement dit, la constante de

Transcript of Etude d’une substitution nucléophile par conductimétrie...

Page 1: Etude d’une substitution nucléophile par conductimétrie ...dlecorgnechimie.fr/wp-content/uploads/2014/06/tp15__hydrolysetBuCl.pdf · 1 Etude d’une substitution nucléophile

1

Etude d’une substitution

nucléophile par conductimétrie :

hydrolyse du chlorure de tertiobutyle

1. La réaction étudiée On se propose d’étudier la cinétique de la réaction d’hydrolyse du chlorure de tertiobutyle :

C

CH3

CH3

CH3 ClH2O + C

CH3

CH3

CH3 OH ClH+eau/acÈtone

On peut remarquer que le réactif eau est également le solvant, puisqu’il s’agit d’une hydrolyse. Cela signifie que la quantité de molécules d’eau est extrêmement importante en comparaison de la quantité de molécules de chlorure de tertiobutyle. La concentration en eau est donc quasiment constante et il y a dégénérescence de l’ordre. L’expérience ne peut donner accès qu’à l’ordre de la réaction par rapport au chlorure de tertiobutyle. Donc soyons vigilant : si nous concluons en disant qu’il s’agit d’une cinétique d’ordre 1, il s’agira donc de l’ordre par rapport au chlorure de tertiobutyle. Autrement dit, la constante de

Page 2: Etude d’une substitution nucléophile par conductimétrie ...dlecorgnechimie.fr/wp-content/uploads/2014/06/tp15__hydrolysetBuCl.pdf · 1 Etude d’une substitution nucléophile

2

vitesse notée k que nous déterminerons sera en réalité une constante de vitesse apparente. L’équation-bilan précédente ne prend en compte le caractère acide fort de HCl : ce dernier se trouve sous la forme d’ions H+ et d’ions Cl- dans la solution. Et c’est cette formation d’ions qui fait de la conductimétrie une méthode bien adaptée pour étudier la cinétique de cette réaction. 2. L’expérience Réaliser le protocole suivant :

• Mélanger, dans le plus grand bécher, 20 g d’acétone (propanone) et 30 d d’eau.

• Préparer le conductimétre : détermination de la constante de cellule – préparation de l’acquisition à l’aide du logiciel Graphe2D : acquisition de la conductivité de la solution, mesure toutes les minutes (pendant 30 min ou un peu moins).

• Bien préparer cette acquisition, prélever au dernier moment 1 mL de chlorure de tertiobutyle, le verser rapidement dans la solution, mélanger avec la baguette en verre, plonger la cellule et commencer les mesures.

3. L’exploitation des résultats Pendant l’expérience : compléter le tableau suivant :

C

CH3

CH3

CH3 ClH2O + C

CH3

CH3

CH3 OH +eau/acÈtone

H+ + Cl-

à t = 0 : C0 0 0 0 à t : C C0 – C C0 – C C0 - C à t� : 0 C0 C0 C0 à t = 0 : σ0 = λ°H+.0 + λ°Cl-.0 � 0 (en fait, très faible car il y a celle de l’eau) à t : σ = λ°H+.[ C0 – C] + λ°Cl-.[ C0 – C] à t� : σ� = λ°H+.C0 + λ°Cl-.C0

Page 3: Etude d’une substitution nucléophile par conductimétrie ...dlecorgnechimie.fr/wp-content/uploads/2014/06/tp15__hydrolysetBuCl.pdf · 1 Etude d’une substitution nucléophile

3

1) Montrer que, la réaction étant supposée d’ordre 1, il faudra tracer

Ln((σ� - σt)/(σ� - σ0)) en fonction du temps t pour valider cette hypothèse, et déterminer la constante k.

2) Quelle est la difficulté à relever néanmoins ? Une méthode permet de s’affranchir de la difficulté précédente. Cette méthode est la méthode de Guggenheim et elle consiste à tracer σn en fonction de σn+1 car ce tracé est celui d’une droite de pente - k.Δt. Par contre, la méthode de Guggenheim nécessite que l’on fasse des mesures à intervalles de temps strictement égaux.

3) A partir de la loi cinétique précédente, établir la relation suivante :

σtn = B + σtn+1.ek.Δt Expression dans laquelle B désigne une constante dans l’expérience. Ainsi, le tracé de σtn en fonction de σtn+1 donne une droite dont la pente est p = ek.Δt

4) Effectuer ce tracé avec le logiciel Graphe2D. En déduire la valeur de k (attention à l’unité).

5) Conclusion ?

6) Détailler le mécanisme réactionnel.

7) Représenter le profil énergétique de la réaction (qui comporte 3 actes ici car il y a la déprotonation de l’ion alkyloxonium, acide conjugué de l’alcool, dans la dernière étape).

8) Comment devrait varier k lorsque le solvant contiendra de moins en moins d’eau et de plus en plus de propanone (le volume total restant constant) ?