Suivi temporel d'une synthèse organique par CCM 1. La chromatographie sur couche mince (CCM):

à quoi ça sert ?

La chromatographie permet de séparer et d’identifier les constituants d’un mélange.

principe:

Cette technique est basée sur la différence des vitesses de déplacement de ces constituants lorsqu’ils sont entraînés par une phase mobile (l’éluant) mais retenus par la phase stationnaire (plaque à chromatographie).

La plaque à chromatographie peut être du papier absorbant ou une couche d'alumine déposée sur une feuille d'aluminium.

L’éluant est un solvant qui migre par capillarité le long de la phase stationnaire (plaque à chromatographie) et qui entraîne les différents constituants du mélange.

Mais ceux-ci sont plus ou moins retenus par la phase stationnaire avec laquelle ils forment des liaisons de type électrique plus ou moins fortes.

exemple : si l’adsorbant est du gel de silice (molécules polaires) et l’éluant du cyclohexane (molécules non polaires), compare les vitesses de déplacement d’une molécule polaire et d’une molécule non polaire.

protocole:

Tracer au crayon à papier un trait léger à environ 1cm du bord inférieur de la plaque et y déposer à intervalles réguliers et pas trop près des bords (à l’aide d’un pic à apéritif ou d’une micro pipette) des petites gouttes du mélange M et de ses constituants supposés 1,2,3,4,... et laisser sécher les taches obtenues.

Préparer l’éluant (sa nature dépend des substances que l’on souhaite identifier) et en mettre au fond de la cuve à chromatographie (hauteur inférieure à 1cm).

Introduire la plaque à chromatographie dans la cuve en vérifiant que la ligne de dépôt ne trempe pas dans l’éluant. Mettre le couvercle sur la cuve.

Il faut retirer la plaque à chromatographie de l’éluant avant que le front de l’éluant n’atteigne la partie supérieure de la plaque. On repère alors avec un crayon la ligne de front de l’éluant.

On chauffe la plaque avec un sèche-cheveux afin d’évaporer l’éluant.

Remarque : Les constituants sont rarement colorés et il s’avère nécessaire de les « révéler » c’est à dire de les rendre visibles en les observant avec une lampe émettant des ultra-violets (U.V.) ou en vaporisant la plaque avec un réactif approprié.

On définit pour chaque constituant le rapport frontal R f = y/yE c’est une grandeur sans unité

y = distance parcourue par l’espèce chimique étudiée, mesurée en cm yE = distance parcourue par le front de l’éluant, mesurée en cm

Le rapport frontal ne varie pas pour une espèce chimique donnée, que celle-ci soit seule ou fasse partie d’un mélange.

Exploitation d’un chromatogramme :

Le chromatogramme ci-dessus nous apprend que M est un mélange constitué par 3 espèces chimiques visibles (ou révélées) : on a donc ainsi séparé les constituants de ce mélange M.

On a pu identifier deux espèces parmi les trois présentes dans le mélange M : ce sont les espèces 2 et 4 car elles ont le même rapport frontal que ces espèces testées.

Le mélange M contient aussi une autre espèce non identifiée, mais ne contient pas les espèces 1 et 3.

L’espèce 2 est plus attirée par la phase stationnaire que l’espèce 4 puisqu’elle a progressé moins vite.

L’espèce 5 est incolore et n’a pas été révélée ici.

Calcul du rapport frontal pour le constituant n°4 : Rf = y/yE = 2,1/5,3 = 0,40

Distance parcourue par le constituant = 2,1cm Distance parcourue par le front de l’éluant = 5,3cm

cuve à chromatographie avec son couvercle

éluant

plaque à chromatographie

chromatogramme

crochet

ligne de dépôt

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2. Mode opératoire:

L'ion benzoate C6H5CO2– est utilisé comme conservateur dans l'industrie agroalimentaire.

Sa synthèse peut être réalisée par oxydation du benzaldéhyde C6H5CHO par l'ion permanganate en milieu basique. Le benzaldéhyde et l'ion benzoate possèdent un noyau benzénique constitué de trois doubles liaisons conjuguées, leur présence peut donc être mise en évidence lors d'une chromatographie grâce aux U.V. qu'ils absorbent.

* Dans un ballon bicol (ou tricol) de 250mL, introduire: 25mL d'une solution de soude (hydroxyde de sodium) à 0,25 mol.L–1 50mL d'une solution de permanganate de potassium KMnO4 à 0,25 mol.L–1 quelques grains de pierre ponce

* Réaliser le montage de chauffage à reflux ci-contre et porter le milieu réactionnel à 60°C.

* Lorsque la température est stabilisée, introduire 1,5mL de benzaldéhyde et déclencher le chronomètre.

* Dès que possible, puis toutes les minutes, prélever un peu du mélange réactionnel à l'aide d'une micropipette, et en déposer une goutte au milieu de la ligne de dépôt sur une plaque à chromatographie, encadrée par une goutte de benzaldéhyde à gauche et une goutte de solution aqueuse contenant des ions benzoate (benzoate de sodium ou acide benzoïque en solution aqueuse basique) à droite.

* Réaliser l'élution de la plaque en utilisant environ 5 ou 6 mL d'un éluant constitué d'un mélange de cyclohexane (2V) et de propanone (V).

Couvrir la cuve et laisser migrer l'éluant jusqu'à environ 1cm du bord supérieur de la plaque.

Tracer au crayon la ligne de front de l'éluant, puis sécher au sèche cheveux. * Révéler la plaque sous U.V. et repérer au crayon les taches qui apparaissent.

3. Questions à propos de ce protocole:

* Donner les formules topologiques et développées de l'ion benzoate C6H5CO2– et du benzaldéhyde C6H5CHO.

Entourer les groupes caractéristiques. * L'équation de la réaction d'oxydo-réduction qui se produit en solution aqueuse basique (présence de HO–

(aq)) et qui fait intervenir les couples: MnO4

–(aq)

/ MnO2(s) et C6H5CO2–(aq)

/ C6H5CHO(l) est:

3 C6H5CHO(l) + 2 MnO4–(aq) + HO–

(aq) 3 C6H5CO2–(aq) + 2 MnO2(s) + 2 H2O(l)

* Décrire l'état initial de cette transformation chimique, sachant que la densité du benzaldéhyde est d =1,06. * Dresser un tableau d'avancement pour la réaction chimique étudiée ici. * Décrire l'état final de cette transformation chimique (en négligeant les prélèvements de matière effectués).

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* Légender le schéma du montage (page précédente).

* Quel est le rôle du réfrigérant ? * Pourquoi chauffe-t-on ? * Quel est l'intérêt du chauffage à reflux ? * A quoi servent les grains de pierre ponce introduits dans le milieu réactionnel ? * Quel est le rôle du support élévateur (boy) ? * Pour quelle raison peut-on considérer que le mélange réactionnel prélevé n'évolue plus après qu'il ait été déposé sur la plaque à chromatographie. * Décrire les différents chromatogrammes obtenus, justifier les différences constatées. * Définir le temps de réaction et déterminer approximativement sa valeur. * Comment pourrait-on diminuer ce temps de réaction ? * Définir le temps de demi-réaction. Ce protocole permet-il de le déterminer ? * Calculer le rapport frontal pour le benzaldéhyde et l'ion benzoate pour chacun de ces chromatogrammes. Conclure.

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