L'arôme de vanille : de la molécule au titrage sur 5 points

L'exercice 2 du bac 2022 de physique-chimie en Métropole (jour 2), noté exercice A dans le sujet officiel, fait partie des exercices au choix. Il vaut 5 points, soit environ 53 minutes. Il s'intéresse à la vanilline, molécule responsable de l'arôme de vanille, et à son identification dans trois produits du commerce. C'est un exercice de chimie complet qui balaie la représentation des molécules, l'extraction, la chromatographie et le titrage acido-basique.

Représenter la vanilline (Q1 à Q3)

Pour savoir si la vanilline et l'éthylvanilline sont isomères de constitution, il faut écrire les deux formules brutes : C₈H₈O₃ et C₉H₁₀O₃. Elles diffèrent, donc ce ne sont pas des isomères ; répondre sans les écrire fait perdre la justification. La formule topologique doit faire apparaître le cycle et ses trois substituants, sans oublier le trait après l'oxygène du groupe O–CH₃. On entoure ensuite le groupe hydroxyle (famille des alcools, réponse attendue en Terminale) et le groupe carbonyle en bout de chaîne (famille des aldéhydes), en évitant la confusion avec une cétone.

Extraction et chromatographie (Q4 et Q5)

L'acétate d'éthyle, non miscible avec l'eau et de densité 0,897, forme la phase supérieure, au-dessus de l'eau salée de densité supérieure à 1. La vanilline, très soluble dans ce solvant, se trouve dans la phase organique. La position des phases se justifie uniquement par la comparaison des densités, pas par habitude. Sur la plaque de CCM, les produits 1 et 2 présentent une tache à la même hauteur que la référence : ils contiennent de la vanilline, contrairement au produit 3.

Prédominance et réaction de titrage (Q6 et Q7)

Au début du titrage, le pH lu vaut environ 9,8, supérieur au pK_A de 7,4 : la forme basique, l'ion vanillinate A⁻, prédomine. L'équation support s'écrit A⁻ + H₃O⁺ → AH + H₂O. L'ion chlorure, spectateur, ne doit pas y figurer.

Le titrage de l'extrait (Q8)

Cette question ouverte rapporte une part importante des points. La courbe dérivée présente deux équivalences, à 2,3 mL et 12,6 mL : c'est leur différence, 10,3 mL, qui correspond au titrage de l'ion vanillinate. On en déduit une quantité de 4,2 × 10⁻⁵ mol. Comme le titrage porte sur 50,0 mL alors que l'échantillon est dissous dans 100,0 mL, il faut multiplier par deux : la masse de vanilline vaut 1,3 × 10⁻² g, soit 41 g par kilogramme d'extrait. Cette valeur dépasse largement le seuil légal de 2 g par kilogramme : l'appellation « extrait de vanille » est justifiée. Sans le facteur 2, on obtiendrait 21 g par kilogramme.

Conseils pour réussir

Dans la question ouverte, annoncez les étapes avant de calculer : volume équivalent, quantité de matière, masse, passage au kilogramme. Gardez les valeurs non arrondies pour les calculs intermédiaires et terminez toujours par une comparaison chiffrée avec le seuil donné.