cr tp2 chimie

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Félix Bellanger Sébastien Bernard Chimie organique 02.12.2010 SUBSTITUTION NUCLEOPHILE ALIPHATIQUE But du TP 2 Principe de la manipulation 2 1. Préparation du butyl-éthyl-éther 2 2. Préparation du 2-chloro-2-méthyl-butane 2 Mode opératoire 3 1. Butyl-éthyl-éther 3 2. 2-chloro-2-méthyl-butane 3 Résultats 3 1. Butyl-éthyl-éther 3 2. 2-chloro-2-méthyl-butane 4 Conclusion 6

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Page 1: CR TP2 Chimie

Félix BellangerSébastien BernardChimie organique02.12.2010

S U B S T I T U T I O N N U C L E O P H I L E A L I P H AT I Q U E

But du TP 2

Principe de la manipulation 2

1. Préparation du butyl-éthyl-éther 2

2. Préparation du 2-chloro-2-méthyl-butane 2

Mode opératoire 3

1. Butyl-éthyl-éther 3

2. 2-chloro-2-méthyl-butane 3

Résultats 3

1. Butyl-éthyl-éther 3

2. 2-chloro-2-méthyl-butane 4

Conclusion 6

Page 2: CR TP2 Chimie

But du TP

A travers ce TP, nous allons synthétiser deux molécules différentes à travers deux procédés différents. D’une part, nous allons préparer du butyl-ethyl-éther grace à une réaction de SN2 en utilisant comme nucléophile l’éthanolate de sodium. D’autre part, nous allons préparer du 2-chloro-2-méthyl-butane via une réaction de type SN1 avec de l’acide chlorhydrique comme nucléophile.

Ce TP comportant deux parties bien distinctes, chaque chapitre de ce compte-rendu comportera deux sous-parties traitant de chacunes des réactions énoncées.

Principe de la manipulation

Comme nous l’avons dit nous allons synthétiser des molécules en passant par des substitutions nucléophiles. Le principe générale des substitutions nucléophile est de faire réagir une molécule organique électrophile qui possède un groupement partant qui, lors de la réaction va se séparer de cette molécule, avec un nucléophile qui va se substituer à ce groupement partant au terme de la réaction. Cependant, il existe deux types de substitution nucléophiles (SN): SN1 & SN2.

Les réactions de type SN1 impliquent le passage par un état intermédiaire avec un carbocation avant de réagir avec le nucléophile. Les deux principales étapes sont:

• Formation du carbocation de la molécule organique (étape lente)

• Attaque du nucléophile (étape rapide)

Les réactions de type SN1 résultent en la formation de deux énantiomères R et S.

Les réactions de type SN2 quand à elles sont rapides et ne possèdent pas d’étapes intermédiaires à proprement dit (étape intermédiaire fictive). Ces réactions sont caractérisés par le fait que le groupement partant est attaché à un carbone électronégatif relativement stable. Le nucléophile remplace donc ce groupement partant. Ces types de réactions sont relativement rapides.

1. Préparation du butyl-éthyl-éther

Pour préparer le butyl-éthyl-ether, comme nous l’avons précédemment mentionné, nous allons passer par une réaction de type SN2 en utilisant comme molécule organique possédant un électrophile du 1-bromobutane et en le faisant réagir avec comme nucléophile l’éthanolate de sodium.

2. Préparation du 2-chloro-2-méthyl-butane

La préparation du 2-chloro-2-méthyl-butane, quand à elle, s’effectuera via une réaction de type SN1, à l’aide de la molécule organique de 2-méthyl-butane-2-ol et en utilisant de l’acide chlorhydrique à 37% comme nucléophile.

Page 3: CR TP2 Chimie

Mode opératoire

Le mode opératoire est clairement présenté sur l’énoncé de TP, il serait donc inutile de rédiger à nouveau ce dernier dans son intégralité.

1. Butyl-éthyl-éther

Calcul de la masse d’éthanolate de sodium (C2H6ONa) à prélever :

Calcul du volume de1-bromobutane (C4H9Br) à prélever en passant par la masse et la densité:

On peut aussi ajouter que lors de l’utilisation du chauffage à reflux, nous avons utilisé un composé hygroscopique au dessus du réfrigérant afin d’éviter que l’eau présente dans ce dernier ne tombe pas dans notre solution.

2. 2-chloro-2-méthyl-butane

Calcul du volume du 2-méthyl-butane-2-ol (C5H11 – OH) à prélever en passant par la masse et la densité:

Résultats

1. Butyl-éthyl-éther

Afin de calculer le rendement de la réaction, nous avons réalisé le tableau d’avancement de la réaction suivant:

mC2H6ONa = nC2H6ONa ×M(C2H6ONa) = 0.12× 68 = 8.2 grammes

mC4H9Br = nC4H9Br ×M(C4H9Br) = 0.1× 137 = 13.7 grammes

VC4H9Br =mC4H9Br

dC4H9Br

=13.7

1.28= 10.7 mL

mC5H12O = nC5H12O ×M(C5H12O) = 0.1× 88 = 8.8 grammes

VC5H12O =mC5H12O

dC5H12O=

8.8

0.805= 10.9 mL

RéactifsRéactifs ProduitsProduits1-bromobutane éthanolate de sodium butyl-éthyl-éther NaBr

Etat initialEtat final

0.1 0.12 0 00 α 0.1 0.1

Page 4: CR TP2 Chimie

On peut donc calculer la masse théorique que l’on devrait obtenir de butyl-éthyl-éther (C6H140) soit:

Or la masse récupérée est de 3.74 grammes (à pH = 10), on peut donc calculer le rendement:

On obtient 2/5 du rendement que l’on attendait ce qui n’est pas un résultat vraiment satisfaisant, toutefois ce dernier n’est pas totalement catastrophique.

Dans le but d’estimer la pureté de notre résultat, nous étudions le résultat de la chromatographie en phase gazeuse du produit:

On observe trois pics, ce qui correspond à trois produits différents dont est relativement majoritaire or d’après les documents fournis il s’agit du butyl-éthyl-éther, le second pic dominant correspond à l’éthanol, quand au dernier, il s’agit de 1-bromobutane. Par cette chromatographie, on peut donc conclure, étant donné le pic dominant, que le produit obtenu est relativement pur.

2. 2-chloro-2-méthyl-butane

La détermination de la masse théorique que l’on devrait obtenir est ici beaucoup plus simple à calculer que pour le butyl-éthyl-éther. En effet, on peut tout de suite affirmer que le HCl étant le solvant, la solution est saturée de ce dernier, ce qui nous amène donc à affirmer directement que le 2-méthyl-butane-2-ol est le réactif limitant. On calcule donc la masse théorique de 2-chloro-2-méthyl-butane que l’on devrait obtenir :

mth = n×M(C6H14O) = 0.1× 102 = 10.2 grammes

rendement =mre

mth=

4.36

10.2= 40.75%

mth = nC5H11Cl ×M(C5H11Cl) = 0.1× 107 = 10.7 grammes

Page 5: CR TP2 Chimie

On récupère une masse de 3.74 grammes, ce qui est relativement faible toutefois on peut mentionner que lors du lavage de la phase organique nous avons été amené à faire une erreur de manipulation ou nous avons confondu par erreur l’eau et l’acétone suite à quoi notre encadrant a du faire une manipulation pour séparer l’acétone ce qui peut avoir eu des répercussions et en particulier sur la masse. Toutefois, cela ne nous empêche pas de calculer le rendement:

On constate donc bien que le rendement est relativement faible et on peut réaffirmer qu’il peut s’agir en partie de l’erreur que nous avons faite.

Dans un second temps nous avons également réalisé une chromatographie en phase gazeuse ainsi qu’une spectrométrie infrarouge de notre produit afin d’en analyser sa pureté. Ci-dessous, on peut observer la chromatographie en phase gazeuse:

De même que précédemment, on se réfère aux documents fournis durant le TP pour étudier la pureté du produit obtenu. On constate un pic important correspondant au 2-chloro-2-méthyl-butane ce qui indique une forte présence de ce dernier et donc un produit relativement pur. On constate toutefois un double pic dont un sommet correspond à du carbonate de sodium et le second à l’acétone due à l’erreur mentionée auparavant.

rendement =mre

mth=

3.74

10.7= 31.8%

Page 6: CR TP2 Chimie

Si l’on étudie maintenant la spectrométrie infrarouge, on obtient le graphe suivant:

En premier lieu on peut à nouveau remarquer la présence d’un petit pic au centre correspondant à l’acétone. De manière plus générale on observe à nouveau qu’il y a une forte présence de 2-chloro-2-méthyl-butane grace au dernier pic à gauche. Cela confirme donc le résultat de la chromatographie en phase gazeuse.

Conclusion

Ce TP nous a permis de nous familiariser avec les réactions de substitutions nucléophiles, jouant un rôle clé dans la chimie organique. Pour ce faire, nous avons synthétisé deux produits différents l’un grace à un mécanisme de SN1 l’autre par un mécanisme de SN2.

Nous avons ensuite étudié le résultat de ces réactions en calculant dans un premier temps le rendement des deux produits obtenus. Puis nous avons contrôlé la pureté de ces derniers, ceci nous à permis de découvrir de nouvelles techniques tel que la chromatographie en phase gazeuse, beaucoup plus efficace que sur couche mince, ainsi que la spectrométrie infrarouge qui permet de détecter des molécules organiques en excitant les liaisons.