L'acide benzoïque est classé dans la catégorie des
conservateurs et figure dans de nombreuses boissons sans alcool. Son code
européen est E 210. La synthèse de l’acide benzoïque se fait par
oxydation de l’alcool benzylique en présence d’un oxydant puissant :
l’ion permanganate MnO4-.
L'oxydation de l'alcool benzylique est lente, un chauffage
est nécessaire (chauffage à reflux). On effectue la synthèse en milieu
basique, l'acide benzoïque est alors obtenu sous sa forme basique, à savoir
l'ion benzoate de formule C6H5CO2-.
Les ions permanganate en milieu basique sont réduits en dioxyde de manganèse,
solide marron de formule MnO2.
On procède ensuite à la cristallisation de l’acide
benzoïque, on purifie, on filtre puis on sèche le produit obtenu.
Propriétés de l’acide benzoïque
- solide blanc d’aspect soyeux
- température de fusion = 122 °C
- solubilité dans l’eau : 1,7 g.L-1 à 0°C ; 2,1g.L-1
à 10°C ; 3,4 g.L-1 à 35 °C et 68 g.L-1 à
95°C
- sa base conjuguée, l’ion benzoate, est très soluble dans l’eau : 400
g.L-1 à 20 °C
2) mode opératoire
La synthèse nécessite le port de gants et lunettes. Les
produits sont très inflammables, évitez toute flamme ou étincelle.
a) synthèse
Placer dans un ballon de 250mL : quelques grains de pierre ponce, 2g de
carbonate de sodium ; 4,5g de permanganate de potassium ; 100mL d’eau
distillée ; 2,5 mL d’alcool benzylique. Bien agiter.
Adapter et mettre en route le réfrigérant à eau.
Chauffer doucement pendant environ 30 min, régler le chauffage de manière
à maintenir une ébullition douce. Constater la formation du solide marron de
dioxyde de manganèse.
En attendant …..
Faire le schéma du montage à reflux, légendé.
Quel est le rôle de la pierre ponce ?
Pourquoi ne faut-il pas arrêter le réfrigérant tout de suite après la
fin du chauffage ?
Ecrire les 2 demi-équations redox des couples MnO4-
/MnO2 et C6H5CO2-/
C6H5-CH2OH en milieu acide.
Montrer alors que l’on obtient l’équation bilan en milieu basique
suivante :
3 C6H5CH2OH + 4 MnO4-
® 3 C6H5CO2-
+ 4 H2O +4MnO2 +OH-
- Quel composé permet d’obtenir un milieu réactionnel basique ?
- Calculer la quantité de matière d’alcool benzylique introduite. Faire
de même pour les ions permanganate et en déduire le réactif limitant de
la réaction.
Données :
Masses molaires : M(KMnO4)=158 g.mol-1 ; M(C6H5CH 2OH)=108
g.mol-1 ; M(C6H5CO2H )=122
g.mol-1
Masse volumique de l’alcool benzylique : r
=1,04 g.cm3
- Lorsque la réaction est terminée, au bout d’environ 30 min, laisser
refroidir. Pour cela baisser le support et retirer le chauffe-ballon, puis
après quelques minutes passer le ballon sous un filet d’eau froide.
- Filtrer sur Büchner le mélange obtenu. On récupère le filtrat,
quasiment incolore car le permanganate introduit en défaut a totalement
réagi. Pour éviter tout retour d’eau, démonter le tuyau avant d’arrêter
la pompe.
- Quel solide est éliminé lors de cette filtration ?
- Schématiser le dispositif de filtration. Que contient le filtrat ?
- précipitation de l’acide benzoïque
- Verser le filtrat dans un grand bécher ( 250 mL)
- sous la hotte, acidifier le mélange en ajoutant progressivement, par
petites quantités et en agitant, 20mL d’acide chlorhydrique concentré. L’addition
d’acide provoque un dégagement gazeux de CO2 (ajouter plus d’acide
chlorhydrique si la précipitation n’est pas terminée).
- L’ions carbonate CO32- est la base du couple HCO3-/CO32-.
HCO3- est une espèce chimique amphotère puisqu’elle
est aussi dans le couple CO2/HCO3-.
Rappeler le sens du mot amphotère puis justifier l’apparition du
dioxyde de carbone lors de l’ajout d’acide chlorhydrique. Ecrire les
réactions chimiques observées.
- Justifier la précipitation de l’acide benzoïque à partir de la
réaction acido-basique observée.
- Filtrer sous vide sur Büchner puis laver les cristaux avec un minimum d’eau
glacée. Essorer.
- Pourquoi lave-t-on l’acide benzoïque à l’eau glacée ?
- Placer le précipité dans un verre de montre, préalablement pesé vide
- Porter le tout dans l’étuve ( à 70 °C)
- Mesurer la masse du produit sec obtenu.
- Déterminer son point de fusion sur banc Köfler (si l’acide benzoïque
est sec et pur on doit retrouver la valeur théorique)
- Quelle masse d’acide benzoïque peut-on espérer obtenir en supposant la
réaction totale ?
- Quel est alors le rendement de votre préparation ? Commenter la réponse
en cherchant les raisons expliquant l’écart observé.
- Indiquer la température de fusion du produit sec obtenu. Comparer avec la
valeur théorique.