CR de TP : Friedel Crafts PDF

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Summary

Compte-rendu de TP sur les réactions de Friedel et Crafts ...

Description

Padovani Margaux

Boffy Léa

Groupe B1

Co Comp mp mptte-r e-ren en endu du d du u TP : R Réa éa éact ct ction ion ionss de Fri Friede ede edell eett Cr Craf af afts ts I.

Int Introdu rodu roduct ct ction ion

Les réactions de Friedel et Crafts sont des réactions chimiques de type substitution électrophile aromatique au cours desquelles un cycle benzénique est alkylé ou acylé au niveau de son carbone insaturé suivant le schéma suivant :

L’acide de Lewis joue ici le rôle de catalyseur de substitutions électrophiles. On distingue donc 2 types de réactions chez Friedel et Crafts : l’alkylation (substitution d'un atome d'hydrogène par un groupement alkyle  addition d’une chaîne latérale par un groupement alkyle) et l’acylation (substitution d'un atome d'hydrogène par un groupement acyle  addition d’un groupement acyle sur un cycle aromatique). Ce TP portait sur la réaction d’acylation de Friedel et Crafts, et plus particulièrement sur la synthèse de la 2,4-diméthylacétophénone. Une acylation a alors été réalisée, en suivant un protocole demandant plusieurs montages : - Ampoule à décanter (décantation) : séparation de liquides non-miscibles de densités différentes - Evaporateur rotatif : Fonctionne à pression réduite. Les vapeurs de solvant sont aspirées par une trompe à eau et condensées dans le réfrigérant. La rotation du ballon dans un bain marie thermostaté augmente la surface d'évaporation - Distillation fractionnée : Permet de séparer les différents constituants d’un mélange de liquides miscibles possédant des températures d’ébullition différentes.

II.

Matér atériel iel et mét métho ho hode de

Un montage réfrigérant a été effectué pour débuter la manipulation suivant le schéma ci-dessous : Thermomètre

Réfrigérant à eau

Chlorure d’acétyle (8,25g)

Ballon Agitateur magnétique

Chlorure d’aluminium (14g) m-xylène (25mL)

L’opération a été menée sous hotte, le métaxylène étant un réactif nocif par inhalation. Le chlorure d’acétyle a été ajouté au goutte-à-goutte. Le bain d’eau a été sous agitation durant 30min, à une température avoisinant les 50-55°C. Le mélange a ensuite été versé par petite portions dans l’acide chlorhydrique, dans la glace. Le ballon a été rincé avec 5mL d’acide chlorhydrique dans le but d’améliorer le rendement. Le mélange a alors été placé dans une ampoule à décanter (figure 1)

Phase organique Phase aqueuse

Figure 1 : montage de l’ampoule à décanter Les 2 phases ont été séparées et la phase aqueuse a été lavée une seconde fois dans l’ampoule à décanter avec du toluène dans le but de récupérer le reste de la phase organique non récupérée lors du premier lavage. La phase organique totale a ensuite été lavée successivement à l’eau, au carbonate de sodium, et à l’eau jusqu’à atteindre la neutralité. Puis elle a été mise à sécher par le sulfate de sodium et et filtrée dans un ballon rodé, mit à l’évaporateur rotatif (figure 2).

2

Le point d’ébullition ainsi que la pression diminuent grâce au vide. Il faudra moins de temps p pour éliminer le solvant dont le point d’ébullition est plus faible que celui du produit. Après l’évaporation du solvaant, le ballon contenait de l’acétophénone et du métaxylène en excès. C’est le métaxylène qui a le point d’ébullition le plus faible.

Figure 2 : montage de l’évaporateu ur rotatif

Enfin, une distillation sous vide (figure 3) a été réalisée dans le but de séparer l’acétophénone et le métaxylène.

Lorsque la distillation a été réalisée, c’est c le métaxylène qui est parti en premier. Les vapeurs montantes daans le montage s’enrichissent en produit le plus volatile (ici le m-xylèn e) aux alentours de 70-80°C. Cette température est diminuée grâce à une trompe à eau qui fait le vide. Puis, aux alentours de 110-120°C, l’acétophénone s’évapore, on le récupère dans un autre ballon (produ uit d’intérêt)

née. Figure 3 : montage de la distillation fractionn

III.

Rés Résultats ultats

Dans des conditions à 20°C : 

Indice de réfraction = 1, 531 (95%)



Poids = 6,12g (obtenu exxpérimentalement)



Rendement

3

Le chlorure d’acétyle est le réactif limitant. En effet, il restera du m-xylène en excès après la réaction. Avancement

m-xylène +

T0 Teq

CH3COCl 8,25/78,5 = 0,105 mol 0

↔

2,4-diméthylacétophénone

+ HCl

0

0

0,105 mol

0,105mol

mthéorique diméthylacétophénone = 148 x 0,105 = 15,561g. Si on a un rendement à 100%, on devrait obtenir 0,105mol de 2,4-diméthylacétophénone, d’où une masse théorique de 15,561g. On aura alors : ρ=

, ,

= 0,3933, soit un rendement de 39,33%.

Ce rendement est assez faible car on subit beaucoup de perte lors des manipulations telles que la distillation fractionnée par exemple.

IV.

Discuss iscussion ion

Durant la manipulation, on obtient momentanément un complexe du type :

1,1 équivalent de chlorure d’aluminium a été utilisé durant cette expérience. Le chlorure d’aluminium forme l’ion acylium lorsqu’il régit avec des halogénures d’acyle. En effet, le (tri)chlorure d’aluminium est un bon acide de Lewis. Si on introduit une quantité catalytique de chlorure de sodium alors la réaction n’a pas lieu, cela est du à l’intermédiaire réactionnel instable formé : la densité électronique du cycle aromatique dissocie les ions et l’énergie de résonance est rétablie par élimination d’un proton. Cependant ici, le chlorure d’aluminium est complexé par les atomes d’oxygènes de la cétone (l’atome d’oxygène étant un meilleur donneur par son doublet non liant que l’atome de chlore). On utilise donc 1,1 équivalent de chlorure d’aluminium en présence d’un groupement carbonyle, ici la cétone.

4

Le milieu réactionnel est coloré en rouge. Cette coloration s’explique par les nombreuses formes de résonance que possède le complexe AlCl3-cétone :

2

2

2

2

Aussi, le ménage réactionnel a été versé dans l’acide chlorhydrique en solution aqueuse concentrée. La réaction étant exothermique, cette action avait pour objectif d’adoucir l’hydrolyse, les sels d’aluminium étaient ainsi fortement dissous dans cette solution. Autrement dit, elle a permit la forte solubilisation des sels d’aluminium. Un lavage a été réalisé à l’eau, puis avec une solution de carbonate de sodium et à nouveau à l’eau pure jusqu’à neutrallité. Le premier lavage à l’eau a servi à éliminer les impuretés solubles dans le complexe. Le second lavage avec la solution de carbonate de soude a servi à éliminer les restes de sels d’aluminium présents dans la phase organique, les lavages a la soude ont alors permis de faire passer ces sels en solution aqueuse. Quant au dernier lavage à l’eau, il a servi à atteindre un pH 7.

Elongation (cm-1) 1600-1500 3030 3000-2850 1450 1690

Bande 2 bandes : νC=C (méta) νC-H aromatique νCH sp3 δCH sp3 νC=O

Groupement fonctionnel Hydrocarbure aromatique (benzène) Groupement alkyle Cétone 5

δ (ppm) 2,326 2,507 2,530

Intégrale 3H 3H 3H

2

2H

7,620

1H

Signal Singulet Singulet Singulet Singulet (ou quadruplet dédoublé… ?) Doublet

Groupement =C-CH3 =C-CH3 - CO-CH 3

Numéro 1 2 3

-CH= x2

4

-CH=CH-

5

3

5

2

4

4 1

6...