TP n°11 - Chimie - PCSI

TP n°11
Déshydratation d’un alcool
On réalise dans cette expérience la déshydratation d’un alcool : le 2-méthylcyclohexanol.
CH 3
OH H 3 PO 4
CH 3
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+ O
+
On réalise cette déshydratation dans un montage de distillation fractionnée (voir ANNEXE),
ce qui permet d’isoler les alcènes au fur et à mesure de leur formation.
I - Mode opératoire
Réaliser un montage de distillation (utiliser un ballon bicol) : voir ANNEXE.
Introduire dans le ballon 7,0 cm 3 de 2-méthylcyclohexanol (le réactif
commercial contient un mélange des isomères cis et trans), environ 3 cm 3 d’acide
phosphorique concentré et deux grains de pierre ponce.
Attention ! L’acide phosphorique concentré provoque des brûlures. Manipuler avec
soin et bien rincer la verrerie ayant contenu l’acide après utilisation. Les lunettes de sécurité sont
obligatoires durant toute l’expérience.
Procéder alors à la distillation : chauffer au maximum au début, afin de porter le mélange
réactionnel à ébullition. Puis diminuer le chauffage de manière à recueillir entre une et deux
gouttes par seconde de distillat.
Noter la température de haut de colonne durant la distillation. La température ne doit jamais
monter au-delà de 95°C, car l’alcool distillerait.
Observer le distillat. Il comprend deux phases, l’eau et le mélange des alcènes. Lors d’une telle
distillation, on dit que les alcènes ont été entraînés par l’eau (on parle d’hydrodistillation) :
l’équilibre liquide-vapeur en haut de colonne s’établit à environ 90°C, température inférieure à
la fois à la température d’ébullition de l’eau et à celle des alcènes.
Verser le distillat dans une ampoule à décanter, éliminer la phase aqueuse, laver la phase
organique (lavage basique, puis lavage à l’eau disitillée). Récupérer la phase organique, la sécher
sur CaCl 2 anhydre, filtrer sur filtre plissé dans une éprouvette graduée propre, préalablement
tarée. Mesurer la masse de la phase organique.
Dans un tube à collerette, mélanger quelques gouttes de phase organique avec quelques
gouttes d’éther anhydre. Analyser ce mélange en CPV.
Mesurer l’indice de réfraction de la phase organique.
H 2
ou
CH 3
O
H 2

II - Questions, compte-rendu
1) Combien existe-t-il de stéréo-isomères du 2-méthylcyclohexanol ? Les écrire en projection
de Cram, déterminer les descripteurs stéréochimiques de leurs atomes asymétriques,
indiquer les relations d’isomérie entre eux.
Pourquoi faut-il consacrer deux lignes au 2-méthylcyclohexanol dans le tableau de données
physiques ci-dessous ?
2) Pour simplifier l’étude, on considérera que la réaction d’élimination a lieu uniquement par le
mécanisme E1. Écrire le mécanisme de la réaction et montrer que deux produits sont a priori
possibles, indépendamment de l’isomère du 2-méthylcyclohexanol qui réagit. Les nommer.
3) Dans quelles conditions devrait-on se placer pour réaliser la réaction inverse d’hydratation
du 1-méthylcyclohexène ? Qu’obtiendrait-on en hydratant le 1-méthylcyclohexène ? Justifier.
4) Étudier le chromatogramme CPV : déterminer les temps de rétention relatifs à l’éther,
attribuer les pics en s’aidant des chromatogrammes authentiques, déterminer les
pourcentages de chaque alcène grâce à la surface des pics.
5) Indiquer l’indice de réfraction de votre mélange d’alcènes et commenter.
6) Quelle sélectivité est mise en évidence par cette expérience ?
Quelle règle concernant les éliminations est ainsi illustrée ?
7) Calculer le rendement de la synthèse, commenter.
Données :
Masse molaire
en g⋅mol −1
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Masse volumique en
g⋅cm −3

Le montage
ANNEXE : La distillation fractionnée
Remarques :
Le système de chauffage peut être un chauffe-ballons (dans ce cas, on place deux ou trois grains
de pierre ponce dans le ballon pour réguler l’ébullition), un bain marie sur agitateur magnétique
chauffant (on place alors une olive aimantée), ou même un bain d’huile s’il est nécessaire de
chauffer très fortement.
Lors d’une distillation sous pression atmosphérique, l’ouverture est simplement laissée à l’air
libre. Pour une distillation sous pression réduite, on la relie à la trompe à eau.
Il existe des colonnes de Vigreux de différentes longueurs suivant la séparation à effectuer.
On peut même supprimer la colonne de Vigreux ; dans ce cas, on recondense directement les
vapeurs issues de l’ébullition ; on parle alors de distillation simple.
L’évaporateur rotatif est une variante de distillation simple sous pression réduite.
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Mode opératoire
Cas le plus fréquent : on veut purifier un produit A.
o On chauffe, fortement au début, pour obtenir l’ébullition du mélange.
o Lorsque le front de condensation atteint le thermomètre, celui se fixe à une température
que l’on note, les vapeurs se recondensent et on récupère le liquide (1 à 2 gouttes par
secondes, adapter la puissance du chauffage pour cela).
o Tant que la température de haut de colonne est inférieure à

Les équilibres liquide-vapeur sont réalisés en continu de bas en haut dans la colonne, entre le
liquide qui redescend par gravité et la vapeur qui monte. Pour permettre une bonne réalisation
de ces équilibres, le chauffage ne doit pas être trop intense. Une bonne distillation recondense
environ une à deux gouttes de distillat par seconde.
Remarque importante : toutes les distillations ne se passent pas ainsi. Par exemple, quand on
distille de l’éthanol et de l’eau, on atteint une composition limite en haut de colonne (96% en
volume d’éthanol) et il ne sert alors plus à rien d’allonger la colonne. Le mélange obtenu est alors
appelé un azéotrope.
2 ème cas : A et B ne sont pas miscibles, le mélange initial est biphasé
Dans ce cas, le mélange a une température d’ébullition inférieure à la fois à celle de A et à celle
de B. Lorsqu’on porte le mélange à ébullition, la vapeur émise a une composition fixe, quelles
que soient les proportions initiales de A et de B dans le liquide.
Cette vapeur est recondensée (distillation simple, colonne de Vigreux inutile) et le liquide
biphasé obtenu en la recondensant est appelé un hétéroazéotrope.
L’hétéroazéotrope se comporte comme un corps pur :