Acide benzoïque/synthèse

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L'acide benzoïque est le plus simple des acides carboxyliques aromatiques. Il est utilisé comme conservateur alimentaire (E210) que l'on trouve fréquemment dans les boissons de type soda.

1 Oxydation de l'alcool benzylique en milieu basique

Proposée par Coton.

1.1 Précautions

Outre les précautions en chimie qui sont d'usage, cette expérience comporte les attentions suivantes :

1.2 Matériel et produits

1.3 Protocole

  • Introduire dans le ballon tricol 2,6 mL d'alcool benzylique SGH07 et 25 mL de solution d'hydroxyde de sodium SGH05 à 10% massique. Porter le mélange à ébullition douce.
  • Verser lentement (en environ 20 min) par l'ampoule de coulée, 100 mL d'une solution de permanganate de potassium SGH03SGH07SGH09 à 0,3 mol/L tout en continuant à chauffer. Il se produit la réaction suivante :
MnO4 + 4 H+ + 3 e → MnO2 + 2 H2O
C6H5-CH2OH + H2O → C6H5-CO2 + 5 H+ + 4 e
soit au bilan :
4 MnO4 + 3 C6H5-CH2OH → 4 MnO2 + 3 C6H5-CO2 + HO + 4 H2O
  • Une fois l'addition terminée, chauffer à reflux 15 min.
  • Refroidir jusqu'à température ambiante et filtrer sur Büchner.
  • Recueillir le filtrat dans un bécher de 400 mL.
  • Sous la hotte, ajouter au filtrat, par petites portions, de l'acide chlorhydrique SGH05 concentré jusqu'à pH = 1. Refroidir le bécher avec un bain de glace pendant cet ajout. L'acide benzoïque SGH08SGH05 précipite alors. Il se produit la réaction suivante :
C6H5-CO2 + H+ → C6H5-CO2H
  • Lorsque la température atteint 10°C, filtrer sous vide avec le Büchner.
  • Recristalliser dans l'eau puis sécher dans un dessiccateur. (Éviter le séchage à l'étuve car l'acide benzoïque se sublime facilement.)

2 Dismutation du benzaldéhyde en milieu basique (réaction de Cannizzaro)

  • Introduire dans un ballon, 20 mL de benzaldéhyde SGH07 et y ajouter une solution d'hydroxyde de potassium en excès (18 g de pastilles de KOH dans 15 mL d'eau).
  • Agiter vigoureusement jusqu'à obtenir une émulsion huileuse et laisser reposer 48h.
  • Les produits obtenus sont l'alcool benzylique et le benzoate de potassium, selon :
2 Ph-CHO + KOH(aq) → Ph-CH2OH + Ph-COOK(aq)
  • Pour séparer les deux substances, verser le mélange dans une ampoule à décanter, ajouter de l'éther éthylique (tout solvant apolaire aprotique peut être employé) et répéter 3 fois l'extraction de la phase aqueuse avec l'éther. Le benzoate de potassium est resté dans la phase aqueuse car il est insoluble dans l'éther.
  • La phase aqueuse est récupérée et placée dans un cristallisoir rempli de glace pilée. 25 mL d'acide sulfurique à 50 % sont ajoutée jusqu’à pH < 4,9.
Ph-COOK(aq) + 1/2 H2SO4(aq) → Ph-COOH(s) + 1/2 K2SO4(aq)
  • Récupérer les cristaux d'acide benzoïque obtenus par filtration sur büchner.
  • Purification par recristallisation. Cette opération se fait en essayant de dissoudre un maximum d'acide benzoïque dans un minimum d'eau distillée chauffée. On refroidit l'eau à 1 °C , la solubilité de l'acide benzoïque diminue et des gros cristaux recristallisent sous forme d'aiguilles.
  • Filtrer sur büchner et sécher le solide.

3 Hydrolyse basique du benzonitrile

  • Introduire dans un ballon 4 mL de [benzonitrile] avec 50 mL de soude titrant pour 10%. Connecter le chauffage à reflux, et une ampoule coulée permettant de piéger les vapeurs nocives d'ammoniac.
  • Le chauffage doit être maintenue pendant une heure environ.
  • Transvaser tous les produits chauffés dans un erlenmeyer, et ajouter de l' acide chlorhydrique jusqu'a ce que le pH <4,9.
  • Refroidir le milieu réactionnel à une température T°(C) < 1°C
  • Filtrer avec un büchner et laver avec un peu d'eau froide.
  • procéder à une purification par recristallisation à froid par eau.

4 Oxydation de l'acétophénone