De l'eugénol à la vanilline : un exercice de spécialité complet

Cet exercice de spécialité du bac S Centres étrangers 2008, noté sur 4 points (environ 52 minutes conseillées), part du clou de girofle pour arriver à la vanilline. Les deux parties sont indépendantes : la première porte sur l'extraction de l'huile essentielle et son analyse par chromatographie, la seconde sur une synthèse organique avec calcul de rendement. C'est un excellent entraînement aux techniques expérimentales de chimie organique.

Partie 1 : extraction et analyse de l'huile essentielle

Choisir le bon montage

Parmi trois montages, il faut reconnaître l'hydrodistillation : c'est le montage b, avec une tête de distillation et un réfrigérant incliné qui envoie le distillat dans un récipient séparé. Le montage a est un chauffage à reflux, où le réfrigérant vertical renvoie les vapeurs dans le ballon ; le montage c est une ampoule à décanter.

Exploiter les tableaux de données

Les questions 1.2.1 à 1.2.5 se traitent toutes avec les deux tableaux. Le dichlorométhane, très peu miscible à l'eau, forme une phase organique distincte de la phase aqueuse. Sa densité de 1,34, supérieure à celle de l'eau, le place en dessous : la phase inférieure est la phase organique. L'eugénol, très soluble dans le dichlorométhane et peu soluble dans l'eau salée, se trouve dans la phase organique. Le chlorure de sodium sert au relargage : il diminue encore la solubilité de l'eugénol dans l'eau. Enfin, l'éthanol ne convient pas comme solvant d'extraction car il est très miscible à l'eau, alors que le cyclohexane convient.

Lire le chromatogramme

La méthode consiste à tracer une horizontale passant par la tache de chaque référence. Le dépôt F (feuilles de giroflier) ne présente pas de tache à la hauteur de l'éthanoate d'eugényle : il n'en contient pas. Le dépôt H (clous de girofle) présente six taches, dont deux aux hauteurs de l'eugénol et de l'éthanoate d'eugényle : ce sont les deux espèces identifiables.

Partie 2 : synthèse de l'éthanoate d'isoeugénol

Le chauffage à reflux accélère la réaction sans perte de matière. L'anhydride éthanoïque remplace l'acide carboxylique pour rendre la réaction totale et rapide. L'eau glacée fait précipiter le produit, insoluble à froid, et détruit l'anhydride en excès. Le calcul des quantités de matière donne 3,0 × 10^-2 mol d'isoeugénol et 0,11 mol d'anhydride : l'isoeugénol est le réactif limitant. La masse maximale d'ester vaut 6,25 g, soit environ 6,3 g, et le rendement atteint 90 %. La dernière étape est une hydrolyse d'ester, réaction lente et limitée, accélérée par l'acide chlorhydrique qui joue le rôle de catalyseur.

Les pièges à éviter

Ne pas supposer que la phase organique surnage toujours : avec un solvant chloré, c'est l'inverse. Pour l'anhydride, liquide, il faut passer par la densité pour obtenir sa masse avant de calculer sa quantité de matière. Pour le rendement, garder la valeur non arrondie de la masse maximale évite de trouver 89 % au lieu de 90 %.

Conseils

Justifiez chaque réponse par une donnée précise du tableau, citée explicitement. Ce type de rédaction rapporte tous les points sur les questions d'extraction, qui sont rapides si l'on est méthodique.