Doser la vanilline d'un arôme du commerce

Ce troisième exercice du bac S 2013 en Asie vaut 5 points et se traite en 50 minutes environ. Il commence par l'étude de la structure de la vanilline, puis enchaîne une extraction, une réaction acide-base et un dosage spectrophotométrique par étalonnage. C'est un exercice très classique, où la rigueur de la justification et la gestion des chiffres significatifs comptent autant que les calculs.

Partie 1 : la molécule de vanilline

Un carbone asymétrique est un carbone tétraédrique lié à quatre groupes différents. Dans la vanilline, les carbones du cycle et du groupe CHO n'ont que trois voisins, et le seul carbone tétraédrique, celui du CH₃, porte trois hydrogènes identiques : il n'y a aucun carbone asymétrique. Parmi les groupes caractéristiques, on peut entourer le groupe hydroxyle et le groupe carbonyle ; le groupe éther-oxyde convenait aussi. Il ne faut pas confondre le nom du groupe et celui de la famille. La vanilline, C₈H₈O₃, et l'éthylvanilline, C₉H₁₀O₃, n'ont pas la même formule brute : elles ne sont pas isomères. Aucune des deux n'est chirale, car chacune se superpose à son image dans un miroir. Pour ces affirmations, compter réellement les atomes est indispensable.

Partie 2 : extraction et propriétés acido-basiques

L'extraction se fait dans une ampoule à décanter. Le dichlorométhane, de densité 1,33, est plus dense que l'eau : la phase organique, qui contient la vanilline, est la phase inférieure. La phase organique n'est donc pas toujours au-dessus, sa position se justifie par la densité. Dans sa réaction avec les ions hydroxyde, la vanilline cède un ion H⁺ : c'est un acide au sens de Brönsted, l'ion phénolate étant sa base conjuguée. Le spectre de l'ion phénolate présente un maximum vers 350 nm et une absorbance nulle au-delà de 400 nm : il n'absorbe pas dans le visible. Avec seulement quatre doubles liaisons conjuguées, son système conjugué est trop court, et les solutions basiques de vanilline sont incolores.

Le dosage par étalonnage

On place les cinq points de la gamme étalon et on trace à la règle une droite passant par l'origine. Dire « c'est une droite » ne suffit pas : c'est le passage par l'origine qui traduit la proportionnalité A = k·c, avec k = 2,7 × 10⁴ L·mol^-1. Pour A = 0,88, la lecture graphique et le calcul donnent c = 3,3 × 10^-5 mol·L^-1, valeur valable car l'absorbance mesurée se situe dans la gamme étalon. Enfin, la vanilline de 1,0 mL d'échantillon se retrouve dans 250 mL : la concentration en masse de l'échantillon vaut t₀ = c × 250 × M, soit 1,2 g·L^-1 avec M = 152 g·mol^-1. Oublier le facteur 250 est l'erreur la plus fréquente ; utiliser la valeur arrondie de c conduirait à 1,3 g·L^-1, d'où l'intérêt de n'arrondir qu'à la fin.

Conseils pour réussir cet exercice

Graduez les axes selon l'échelle imposée, indiquez grandeurs et unités, et laissez les traits de lecture apparents sur l'annexe. Justifiez chaque réponse de la partie 1 par une définition précise. Gardez à l'esprit que le carbone asymétrique et la chiralité ne figurent plus au programme actuel de spécialité, alors que l'extraction, l'acide-base et le dosage par étalonnage restent des incontournables.