Acide benzoïque, synthèse d'un conservateur, Bac Métropole 9 /9 / 2022.

L'objectif est la synthèse de l'acide benzoïque à partir du benzaldehyde.
Elle peut être modélisée par une réaction d'oxydo-réduction dans laquelle un même réactif, le benzaldéhyde, est à la fois l'oxydant et le réducteur. On parle de dismutation.
2 C₆H₅CHO (l) + HO^-aq --> C₆H₅COO^- aq + C₆H₅CH₂-OH (l). Réaction 1.
On considère le plongeur et son équipement de centre de masse G en équilibre à une profondeur de 35 m.
Q1. Représenter la formule semi-développée de l'acide benzoïque, entourer le groupe caractéristique et identifier la famille fonctionnelle correspondante.

Q2. Justifier à l'aide d 'un diagramme de prédominance, l'obtention de l'ion benzoate.
pKa(acide benzoïque / ion benzoate) = 4,2 à 25°C.
La réaction s'effectue en milieu basique ( pH > pKa). L'ion benzoate prédomine.

Q3. Ecrire la demi-équation électronique modélisant le transfert d'électrons entre le benzaldehyde C₇H₆O et l'alcol benzilique C₇H₈O.
C₇H₈O aq --> C₇H₆O aq +2e^- +2H⁺aq.
C₇H₈O aq cède des électrons, il joue le rôle de réducteur qui s'oxyde.
On donne le protocole expérimental.
1.a. Dans un erlenmeyer dissoudre 10 g de KOH dans 40 mL d'eau distillée.
1.b. Ajouter 5,0 mL de benzaldehyde. Agiter et laisser sous agitation à température ambiante pendant 48 heures.

2.c. Ajouter 20 mL d'ether diéthylique, agiter puis transvaser dans une ampoule à décanter.
2.d. Séparer les phases.
2.e. Récupérer la phase aqueuse et la placer au bain de glace.
3.f. Sous la hotte, ajouter lentement dans la phase aqueuse une solution d'acide chlorhydrique à pH = 2.
4.g. Filtrer sur Bûchner.
4.h. Introduire le produit obtenu dans un becher avec 10 mL d'eau. Chauffer et ajouter la quantité d'eau juste nécessaire pour dissoudre le produit.
5.i. Laisser refroidir lentement puis filtrer sur un entonnoir Büchner pour récupérer le produit recristallisé
6.j. Placer le produit à l'étuve et peser le produit sec.
6.k. Réaliser la chromatographie sur couche mince du produit obtenu.
On obtient une masse m = 1,1 g de produit.

Q4. Pour chaque étape indiquer si cette étape correspond à une tranformation chimique, à une analyse du produit, à une purification ou à une séparation.
1 : tranformation chimique.
2. séparation.
3. tranformation chimique.
4 . séparation.
5. purification.
6. analyse du produit..

Q 5. Proposer en justifiant un dispositif expérimental permettant d'optimiser la vitesse de formation du produit.
Chauffage à reflux : la température est un facteur cinétique. Les vapeurs se condensent dans le réfrigérant et retombent dans le milieu réactionnel ( pas de perte de matière)..
Q 6. Schématiser l'ampoule à décanter et son contenu.

Q.7. A l'étape f, justifier l'apparition d'un solide.
L'ion benzoate est très soluble dans l'eau ; l'acide benzoïque prédomine à pH = 2 et il est très peu soluble dans l'eau.
Q.8. Interpréter le chromatogramme.
Le produit (dépot C) est pur ; on observe une seule tache de même rapport frontal que l'acide benzoïque ( dépot B).
Q 9. Déterminer le rendement et commenter.
Potasse : n = m / M(KOH) =10 / 56 ~0,18 mol.
Benzaldehyde : m = volume x densité = 5,0 x1,05 = 5,25 g.
n = m / m(benzaldehyde) = 5,25 / 106 ~0,050 mol ( en défaut).
Quantité de matière théorique d'acide benzoïque : n =0,050 / 2 = 0,025 mol.
Masse théorique = n m(acide benzoïque) = 0,025 x122 ~ 3,1 g.
Rendement = masse réelle / masse théorique = 1,1 / 3,1 =0,35 ( 35 %), valeur assez faible.