Travaux Pratiques Chimie Organique I - 2022-2023 - Université Cadi Ayyad PDF

ROYAUME DU MAROC UNIVERSITE CADI AYYAD FACULTE DE MEDECINE ET DE PHARMACIE MARRAKECH TRAVAUX PRATIQUES CHIMIE ORGANIQUE I -- 1ère Année de pharmacie -- Pr N. FDIL Pr M. A....

ROYAUME DU MAROC UNIVERSITE CADI AYYAD FACULTE DE MEDECINE ET DE PHARMACIE MARRAKECH TRAVAUX PRATIQUES CHIMIE ORGANIQUE I -- 1ère Année de pharmacie -- Pr N. FDIL Pr M. A. EL AMIRI Année universitaire 2022– 20 2023  SEANCES DE TRAVAUX PRATIQUES SEANCE I : CONSIGNES DE SECURITE ET MATERIEL DE LABORATOIRE SEANCE II : CHROMATOGRAPHIE SUR COUCHE MINCE (SEPARATION D’UN MELANGE DE SUCRES) 2 AVANT PROPOS Les travaux pratiques servent à illustrer et à mettre en pratique, par l'observation, la mesure, ou la réalisation d'expériences des notions théoriques acquises principalement dans un cours magistral. Ces travaux nécessitent un matériel spécifique et un laboratoire. Les travaux pratiques proposés dans le cadre du module de chimie organique I vise à familiariser les étudiants inscrits en 1ère année Pharmacie avec le matériel de base utilisé dans les laboratoires de chimie en général et de pharmacochimie en particulier, les sensibiliser aux consignes des bonnes pratiques et les initier aux techniques d’analyse utilisées en chimie de synthèse. 3 SEANCE I : CONSIGNES DE SECURITE ET MATERIEL DE LABORATOIRE I. SECURITE ET LES BONNES PRATIQUES DE LABORATOIRE (BPL) La sécurité au laboratoire est un problème de tous les instants et ne doit pas quitter l'esprit. La plupart des composés organiques sont inflammables. Quelques uns dégagent des vapeurs irritantes et toxiques et certaines réactions peuvent devenir violentes. D'une manière générale, il est indispensable de suivre les consignes suivantes : II. TENUE ET COMPORTEMENT Porter Mettre des gants Mettre des Porter de Utiliser un masque obligatoirement adaptés en cas lunettes de chaussures pour gaz et une blouse en de manipulation protection en cas fermées produits coton de produits de manipulation pulvérulents dangereux de produits dangereux - Attacher les cheveux s’ils sont longs - Ne jamais pipeter une solution à la bouche, utiliser les propipettes - Signaler tout défaut de verrerie ou de matériel à l’enseignant avant son utilisation - Maintenir les paillasses propres et dégagées - Ne jamais toucher les installations électriques les mains mouillées III. HYGIENE - Ne pas fumer ni manger, - Eviter de porter à la bouche les extrémités des crayons et stylos, - Penser à se laver les mains à la fin du TP, 4 - Ne jamais jeter à l’évier : - Les produits chimiques, - Les solvants organiques, - Les papiers filtres après utilisation, - Etc... IV. SIGNALISATION DE SECURITE - Connaitre les différents pictogrammes de risque liés aux propriétés physico-chimiques des solvants, des produits toxiques mis en œuvre ou susceptibles de se former lors d’une réaction chimique Ce sont des liquides ou des solides qui peuvent exploser sous l’action d’un choc, d’un frottement, d’une flamme ou de chaleur
Eviter les chocs, le frottement, protéger des rayons solaires, manipuler et stocker loin des sources de chaleur Exemples: Butane, propane Explosif Produits pouvant s’enflammer en présence d’une source d’inflammation
Tenir à l’écart des comburants, loin des flammes, des étincelles et des sources de chaleur Exemples: Pétrole, essence, acétone, éther Inflammable Produits pouvant favoriser ou activer la combustion d’une substance combustible
Ces produits doivent être tenus à l’écart des combustibles, des flammes, des étincelles, des sources de chaleur Comburant Exemples: Nitrate d’ammonium, eau oxygénée Produits qui, par inhalation ou pénétration cutanée même en petite quantité, sont dangereux pour la santé : entrainent la mort ou des effets aigues ou chroniques
A éviter obligatoirement : l’ingestion, l’inhalation, le contact avec la peau
Se protéger (gants, vêtements), travailler à l’extérieur ou en local aéré Toxique Exemples: Sel de mercure, spray de peinture 5  Produits qui, par inhalation ou pénétration cutanée en petites quantités sont dangereux pour la santé. Toxicité un peu moindre que Toxique, mais réelle
Les mesures sont identiques à celles prises pour les produits toxiques Exemples: Détachants, solvants pour peintures, produits de traitement du bois Réactions inflammatoires avec la peau et les muqueuses
Porter des gants et lunettes, ne pas respirer les vapeurs Nocif
En cas de projection, laver à grande eau Exemples: Eau de javel, ammoniaque Provoque de graves brûlures ou graves lésions et endommage ou détruit le métal
Porter des gants, lunettes
En cas de projection accidentelle, laver à grande eau durant un bon quart d’heure Corrosif Exemples: Acides, soude, eau de javel concentrée, déboucheurs de canalisations Toxique pour la faune, les animaux aquatiques, la couche d’ozone
Aucun rejet dans l’environnement ; éliminer le produit, son récipient et ses restes dans un centre de collecte Exemple: Pesticides N : Danger pour l’environnement Endommage les tissus vivants
Les mesures sont identiques à celles prises pour les produits toxiques Exemples: Amiante, benzène Danger pour la santé Présence de gaz pouvant provoquer des explosions
Toujours porter une protection oculaire (lunettes protectrices).
Dans certains cas, une protection faciale peut également être nécessaire Exemples: Propane, butane Gaz sous pression V. LECTURE D’UNE ETIQUETTE - Lire attentivement et comprendre toutes les informations données sur l’étiquette des flacons des solvants et des produits chimiques avant de les manipuler. En effet, L'étiquette d'un produit chimique donne des informations sur la (les) substance(s) dangereuse(s) que contient le produit. Les pictogrammes sont les premiers informateurs 6 visuels des dangers. Les mentions de danger et les conseils de prudence complètent l'information 7 - Veiller à étiqueter correctement et très lisiblement, les produits préparés au laboratoire, en mentionnant les points suivants: Exemple : - Etablir une Fiche de Données de Sécurité (FDS) appropriée à chaque produit chimique avant d’entrer en salle de TP, ces fiches permettent notamment de connaitre :
Les informations sur les produits et les solvants,
L’identification des dangers,
Les précautions de stockage, d’emploi et de manipulation,
La description des premiers secours en cas d’urgence,
Les mesures à prendre en cas de dispersion accidentelle VI. MANIPULATION DES PRODUITS - Conserver les produits chimiques à l'abri de la lumière et de la chaleur; 8 - Fermer les flacons après usage et ne jamais tenter de reconnaitre un produit à son odeur; - Laisser boucher les récipients ayant contenus des produits toxiques volatils; - Effectuer les transvasements de produits dans une hotte équipée d'une aspiration de vapeurs ; ne pas transvaser un liquide inflammable à proximité d'une source de chaleur ou d'une flamme. VII. RANGEMENT ET STOCKAGE DES PRODUITS - Eviter le stockage de produits dangereux, lourds ou volumineux en hauteur ; - Ranger les produits et les solvants par groupe de fonction (Acide, Ester, Alcool…) et par ordre alphabétique 9 - Manipulation des produits ;
Respecter les règles de stockage concernant les produits incompatibles B. MATERIEL DE LABORATOIRE I. VERRERIE USUELLE Le tube à essai est utilisé pour les réactions faisant intervenir de petites quantités de réactifs. Un tube à essais peu recevoir un bouchon et être chauffé à condition d’être en Pyrex 10  Le bécher est utilisé pour : - stocker une solution (avant un prélèvement par exemple), - faire quelques réactions chimiques, - faire certains dosages (pH-métriques notamment). Bien que gradué, le bécher ne peut pas servir pour mesurer précisément un volume de liquide (graduations indicatives). Il peut être chauffé à condition d’être en Pyrex. L'erlenmeyer remplit à peu près les mêmes fonctions que le bécher à la différence que sa forme évite les projections. Il est donc préféré au bécher pour : - conserver provisoirement des produits chimiques volatils, - réaliser des réactions chimiques avec des composés volatils ou lorsque la réaction peut se révéler fortement exothermique, - faire certains dosages (volumétriques notamment). Bien que gradué, l'erlenmeyer ne peut pas servir pour mesurer précisément un volume de liquide (graduations indicatives). Un erlenmeyer peut recevoir un bouchon et être chauffé à condition d’être en Pyrex Le verre à pied n’a pas de fonction bien définie. Il peut être utilisé - pour récupérer des liquides, - comme « poubelle » pour les eaux de rinçage d’une burette graduée, d’une pipette jaugée, d’une sonde pH-métrique ou conductimétrique. Parfois gradué, le verre à pied ne peut pas absolument servir pour mesurer un volume de liquide (graduations très indicatives). Il ne peut pas être chauffé II. VERRERIE POUR MESURER L'éprouvette graduée permet de mesurer le volume d’un liquide avec une précision moyenne (environ 0,5 mL). Il faut choisir une éprouvette dont le volume est le plus proche du volume à mesurer 11 La burette permet de verser et de mesurer des volumes (cumulés) précis de solution. Elle est principalement utilisée dans les dosages volumétriques, pH-métriques et conductimétriques La pipette jaugée permet de mesurer avec précision de petits volumes de liquides (celles couramment utilisées sont de 2,0 mL, 5,0 mL, 10,0 mL et 20,0 mL). Elle possède 1 trait ou 2 traits de jauge. On l’utilise dans la préparation des solutions, selon un protocole particulier, pour prélever la solution mère (avec une propipette ou un pipeteur) La pipette graduée permet de mesurer de petits volumes de liquide avec une précision moyenne. On l’utilise dans la préparation des solutions, avec une propipette (poire aspirante) ou un pipeteur, pour prélever la solution mère, selon un protocole particulier La fiole jaugée permet de mesurer un volume avec une bonne précision. (celles couramment utilisées sont de 50,0 mL, 100,0 mL et 200,0 mL, mais il en existe aussi de 500,0 mL et de 1000,0 mL). Elle est utilisée, selon un protocole particulier6, pour la préparation de solutions de concentrations données : - par dissolution, - par dilution 12 III. AUTRE VERRERIE L’agitateur en verre est une simple baguette de verre utilisée pour agiter ou homogénéiser un mélange. On l’utilise aussi pour la filtration simple Le ballon est utilisé lorsqu’il est nécessaire de faire chauffer un milieu réactionnel pendant une certaine durée (le ballon est alors placé dans un chauffe ballon électrique) un ballon bicol est utilisé aussi dans les montages de synthèse qui nécessitent un chauffage un ballon tricol est inséré aussi dans des montages de synthèse plus complexes Le valet est un support spécifique destiné à maintenir un ballon à fond rond sur un plan horizontal L’ampoule à décanter est principalement utilisée dans les extractions par solvant. Elle permet de séparer deux liquides non miscibles puis de les récupérer 13 Principalement utilisée pour la filtration sous vide (associée alors à un entonnoir Büchner), la fiole à vide est un erlenmeyer en verre épais disposant d'une ouverture latérale. Elle est reliée par un tuyau épais à une trompe à eau chargée d'y créer un vide partiel Le réfrigérant à boules est principalement utilisé dans le montage du chauffage à reflux. Monté verticalement au-dessus d’un ballon, il permet de refroidir et de condenser toutes les vapeurs qui se forment lors du chauffage. Par gravité, le condensat retombe dans le milieu réactionnel et évite ainsi les pertes de matière. A noter que la partie basse peut être « rodée » Le réfrigérant droit est principalement utilisé dans les montages de distillation fractionnée ou d’hydrodistillation. Il sert à refroidir et à condenser les vapeurs par un courant d’eau froide. Le condensat est recueilli, par gravité, à la sortie du tube. A noter que la partie haute peut être « rodée » La colonne de Vigreux est utilisée dans le montage de distillation fractionnée. Son rôle est d’assurer la séparation de deux liquides miscibles portés à ébullition en purifiant progressivement, au cours de la montée, les vapeurs du liquide le plus volatil. A noter que les parties basses et hautes peuvent être rodées L’entonnoir permet de verser un liquide dans un flacon à col étroit en évitant les pertes. Il est aussi utilisé dans les montages de filtration 14  Dans le cas d’une réaction fortement exothermique, l’ampoule de coulée est utilisée pour verser un réactif à la goutte à goutte, limitant ainsi les risques d’emballement (voire d’explosion). A noter que les parties hautes et basses peuvent être rodées Le cristallisoir est un récipient en verre épais qui permet de stocker une importante quantité d'eau. Il sert souvent de cuve à eau pour recueillir des gaz par déplacement. Il ne peut pas être chauffé Un verre de montre sert à entreposer de petites quantités de solides à l’état divisé. Il est utilisé lors de la pesée de ces petites quantités. Il ne peut pas être chauffé Le tube de dégagement est un tube de verre généralement coudé s'adaptant à l'ouverture d'un tube à essais (par l’intermédiaire d’un bouchon) et permettant soit de recueillir les gaz formés, soit de diriger ces gaz vers un autre milieu réactionnel La tête de colonne est utilisée dans les montages de distillation ou d’hydrodistillation. C’est une pièce de verre s’adaptant verticalement sur un ballon ou une colonne de Vigreux et, latéralement, sur un réfrigérant droit. A noter que la partie supérieure peut recevoir un thermomètre IV. ACCESSOIRES DIVERS La propipette s'adapte sur une pipette jaugée ou graduée et sert à y créer une dépression. Cette dépression permet au liquide pipeté de monter dans la pipette. Elle permet ensuite de maintenir le liquide puis de le laisser couler 15 Le compte-gouttes permet d'introduire un liquide goutte à goutte dans un milieu réactionnel La fonction et le principe du pipeteur sont les mêmes que ceux de la propipette L'entonnoir Büchner (généralement en porcelaine) associé à un joint conique (pour assurer l'étanchéité) est placé dans l'encolure d'une fiole à vide lors d'une filtration sous vide La trompe à eau est utilisée lors d'une filtration sous vide, elle s'adapte sur un robinet d'eau froide et permet de créer, lorsque l'eau y circule, une dépression dans la fiole à vide à laquelle elle est reliée La pissette, principalement utilisée avec de l’eau distillée, permet : - de rincer la verrerie, - de rincer les électrodes et les sondes (pH-mètre, conductimètre...), - de compléter les fioles jaugées jusqu’au trait de jauge Le mortier et pilon sont utilisés pour broyer des corps solides L'entonnoir à solide permet d'introduire une poudre dans une fiole jaugée, par exemple lors d'une dissolution. Dans ce cas, pour être sûr que toute la poudre est bien tombée dans la fiole, il faut rincer à l'eau distillée l'entonnoir en récupérant l'eau de rinçage dans la fiole 16 Un creuset est un récipient en matériau réfractaire ou en porcelaine capable de résister à de fortes températures. On peut y réaliser des réactions très exothermiques ou y déposer des métaux en fusion Un bec Bunsen est un brûleur à gaz utilisé pour chauffer de petites quantités de liquide. Son utilisation obéit à des règles précises Les pinces en bois permettent de manipuler la verrerie chaude. Elles sont donc tout indiquées pour chauffer le contenu d'un tube à essai au bec Bunsen Le chauffe-ballon est, comme son nom l'indique, un appareil électrique qui permet de chauffer les ballons. Il se présente généralement sous la forme d'un cylindre (ou parfois d'un rectangle) sur la surface duquel on aurait creusé une demi-sphère. Il est utilisé pour les montages, notamment à reflux L'agitateur magnétique permet d'homogénéiser un mélange de façon automatique. Ainsi, il est très utile pour les agitations qui durent longtemps : - préparation d'une solution à partir d'un composé solide qui se dissout difficilement, - dosages conductimétriques ou pH-métriques. Le barreau aimanté se met dans le récipient qui contient le mélange à homogénéiser et le récipient se met sur l'agitateur. Une tige dont l'extrémité est aimantée permet de retirer le barreau aimanté du mélange Une potence est une ossature principale d'un montage de chimie. Les différentes pièces de verrerie sont maintenues à l'aide de pinces, elles- mêmes fixées sur une ou plusieurs potences à l'aide de noix de serrage La noix de serrage permet de fixer à une potence une pince métallique supportant de la verrerie dans un montage de chimie 17  En métal et parfois recouvertes d'une matière plastique pour protéger la verrerie, les pinces permettent de tenir les différentes parties d'un montage de chimie pour en assurer la stabilité La spatule permet de prélever un solide en poudre fine, en copeaux, etc... , de manière à éviter le contact direct entre la peau et le solide Un support élévateur souvent utilisé dans les montages de chimie et dont on peut régler la hauteur Les bouchons sont de diamètre et de hauteur variable afin d'en disposer pour une verrerie nombreuse. Ils s'adaptent sur les tubes à essais, les erlenmeyers, les ballons... Certains bouchons ont un (ou plusieurs) trou(s) et peuvent ainsi recevoir un (ou plusieurs) tube(s). C'est le cas lorsque l'on souhaite adapter un réfrigérant à air sur un tube à essais ou un erlenmeyer C. TECHNIQUES DE BASES UTILISEES EN TRAVAUX PRATIQUES DE CHIMIE ORGANIQUE I. REALISATION PRATIQUE D’UNE REACTION CHIMIQUEORGANIQUE 1. CHOIX DU MATERIEL NECESSAIRE POUR UNE MANIPULATION : Pour effectuer une manipulation pratique, on doit prendre en considération divers facteurs afin de réussir un montage adéquat. Ces facteurs sont généralement les suivants : - Température d’ébullition du solvant de la réaction, - La nature de la réaction chimique mise en jeu (réaction exothermique ou endothermique), - Mode et ordre d’addition des réactifs pour permettre un bon contact, - Nature de l’agitation, - Nature du chauffage (chauffage à température fixe, chauffage à reflux etc…) - Dégagement gazeux - Etc… 18 Le montage choisi doit être stable ; on le fixe à l'aide d'une pince et d'une noix à un support. Dans le cas du chauffage, le montage doit reposer sur un élévateur métallique de sorte qu'il soit possible d'ôter le système de chauffage et refroidir le réacteur en cas de besoin. 2. CHAUFFAGE : Pour porter un mélange réactionnel à une certaine température, on peut utiliser un : Bain marie : C'est un liquide chaud permettant le chauffage d’un récipient contenant un mélange ou une préparation à chauffer. Chauffe ballon : C’est une calotte électrique à chauffage uniforme réglé par un thermostat. Le ballon doit être bien placé au fond de l'appareil afin de permettre un bon contact. Ne jamais chauffer les calottes à vides ! 3. Refroidissement Certaines réactions chimiques dégagent énormément d’énergie (réaction exothermique) et nécessitent par la suite un refroidissement pour ne pas avoir de produits de dégradation. On peut utiliser : - L'eau froide - La glace fondante (0°C) - La glace + du sel (-10°C) 4. Agitation L’agitation est l’opération de mélanger une ou plusieurs phases pour rendre le milieu homogène. Il existe différents types d’agitateurs en fonction du milieu et de l’effet désiré. En salle des travaux pratiques, on utilise un agitateur magnétique : instrument quasi- indispensable dans un laboratoire de chimie, il permet d’agiter une solution en utilisant la force magnétique. 19  Montage de chauffage à reflux II. PURIFICATION DES PRODUITS CHIMIQUES En chimie, la purification fication est une technique de séparation de la (les) substance(s) désirée(s) du reste des produits de dégradation présents dans le mélange réactionnel. Le choix de la méthode de séparation dépend de l'état physique du produit et de la nature du milieu réactionnel. Les principales méthodes de séparation sont les suivants : - Chromatographie, - Filtration, - Evaporation, - Recristallisation, - Adsorption, - Distillation. 1. CHROMATOGRAPHIE La chromatographie est une méthode séparative utilisée pour pour purifier des produits chimiques. Son principe est basé sur les différences d’affinité des composés du mélange avec la phase stationnaire et la phase mobile. 20 2. FILTRATION La filtration est une méthode mécanique utilisée pour séparer un solide d’un liquide, en faisant passer le mélange par un papier filtre plissé porté généralement par un entonnoir (Filtration simple à pression atmosphérique). Ou bien en faisant passer le mélange par un papier filtre porté par un entonnoir de Büchner (filtration sous pression réduite). C’est une technique de filtration rapide pour séparer un solide d’un liquide. Pour cette technique, on utilise une fiole à vide surmontée d'un entonnoir de Büchner dans lequel on a placé un filtre rond et on aspire dans la fiole au moyen d'une trompe à eau. Pour récupérer le solide après un essorage sur Büchner, il faut débrancher le tuyau reliant la fiole à vide à la trompe à eau avant de fermer le robinet d'eau afin d'éviter un retour d'eau dans la fiole. N.B : la fiole à vide doit toujours être maintenue par une pince fixée à un support par une noix. La trompe à eau ou trompe de Würtz est un moyen efficace de réduire la pression dans un récipient. Elle est formée d'une enceinte à l'intérieur de laquelle circule de l'eau à grande vitesse et qui passe dans un étranglement. Il en résulte une aspiration. La pression obtenue est de l'ordre de 20 mm de mercure. Afin que la trompe à eau fonctionne correctement le robinet d'eau qui l'alimente doit être ouvert au maximum. 3. EVAPORATION L’évaporation est utilisée pour séparer des liquides en s’aidant des différences de volatilité. L'évaporateur rotatif : Cet appareil permet d’éliminer rapidement un solvant volatil par évaporation. Le principe est basé sur l’abaissement des points d’ébullition avec la pression. Placer la solution contenant le solvant à évaporer dans le ballon et le mettre ensuite sous rotation. Ouvrir le robinet d’eau froide relier au réfrigérant. Fermer ensuite la vanne reliant le montage à la pression extérieure (vanne de fermeture) et faire le vide à l’intérieur de l’appareillage à l’aide d’une trompe à eau. Si l’évaporation n’est pas assez rapide, plonger le ballon dans le bain marie. Continuer jusqu'à disparition complète du solvant. Ouvrir la vanne de fermeture pour remettre la 21 pression atmosphérique à l’intérieur du dispositif. Couper l’eau du réfrigérant et de la trompe à eau. IMPORTANT : Avant de chasser un solvant organique à l'aide de l'évaporateur rotatif, il est indispensable d'éliminer les traces d'eau contenues dans la solution à l'aide d'un agent desséchant (sécher la solution) afin d'obtenir un produit anhydre (exempt d'eau). Les agents desséchants les plus utilisés sont les suivants : sulfate de sodium (Na2SO4), sulfate de magnésium (MgSO4), chlorure de calcium (CaCl2). Evaporateur rotatif 4. EXTRACTION Il existe plusieurs techniques d’extraction : a. Infusion : L’infusion consiste à faire dissoudre les principes actifs contenus dans des feuilles ou des fleurs dans de l’eau bouillante. b. Macération : La macération consiste à extraire à froid les constituants des substances par un solvant. c. Entrainement à la vapeur d’eau : C’est une technique basée sur la séparation des produits par l’entrainement à la vapeur d’eau de certains et non d’autres. 22  Montage d’entrainement d’ à la vapeur d’eau Montage d’hydrodistillation d. Extraction solide-liquide : C’est une technique d’extraction d’un soluté liquide ou solide à partir d’un solide par un liquide appelé solvant d’extraction. d’extract e. Extraction liquide-liquide liquide : Cette extraction consiste à transférer de façon aussi sélective que possible une espèce chimique d'une phase à une autre. Elle est basée sur la différence de solubilité du composé 23 et de ses impuretés entre deux solvants non miscibles. C'est la méthode couramment employée pour débarrasser un composé organique (non soluble dans l'eau) de ses impuretés (solubles dans l'eau). L'extraction liquide-liquide s'effectue dans une ampoule à décanter. Utilisation de l'ampoule à décanter: Avant chaque utilisation, vérifier le bon fonctionnement du robinet de l'ampoule, qu'il faut graisser très légèrement en prenant soin de ne pas mettre de graisse sur le trou. Un excès de graisse peut être dissout par le solvant organique et contaminer la solution (les robinets de téflon ne doivent pas être graissés). L'ampoule à décanter doit contenir ¾ de son volume au maximum afin d’assurer une bonne agitation. Extraction du mélange réactionnel : 1- Introduire le mélange réactionnel froid dans l'ampoule et ajouter le solvant d'extraction. 2- Boucher l'ampoule, la retourner : le bouchon doit être placé dans la paume de la main, aussitôt que l'ampoule est retournée. Agiter vigoureusement en position horizontale, en maintenant le robinet entre l'index et le majeur, pendant une à deux minutes. Ouvrir lentement le robinet de façon à éviter toute surpression dans l'ampoule. Recommencer 2 à 3 fois cette opération. 3- Remettre l'ampoule sur l'anneau et laisser décanter. Deux phases se séparent : - Couche supérieure : c’est la phase la moins dense, - Couche inférieure : c’est la phase la plus dense. 24 4- Recueillir la phase la plus dense (phase inférieure) dans un erlen A et la phase la moins dense (phase supérieure) dans un erlen B. S’il s’agit d’une phase organique et une phase aqueuse, il faut continuer à extraire la phase aqueuse et finir par laver et sécher la phase organique. Extraction de la phase aqueuse. 5- Introduire la phase aqueuse (erlen A) dans l'ampoule à décanter et recommencer les opérations 2 à 4 fois. N.B : Selon la manipulation, la phase aqueuse recueillie à ce stade est soit jetée à l'évier, soit acidifiée... Lavage de la phase organique. N.B : Les opérations qui vont suivre peuvent être réalisées avec une solution aqueuse acide ou basique, ou simplement avec de l'eau, selon le type de la manipulation. 6- Introduire la phase organique (l'erlen B) dans l'ampoule à décanter ; ajouter la solution aqueuse adéquate ou de l'eau, puis refaire les opérations 2 et 3. Récupération du produit organique. 7- La phase organique est enfin recueillie dans l'erlen B contenant environ une cuillerée de sulfate de sodium anhydre. 8- Agiter le tout et filtrer la phase organique sèche directement dans un ballon monocol taré au préalable (soit xg). 9- Evaporer le solvant organique sous vide à l'aide de l'évaporateur rotatif. 25 10- Peser le ballon contenant le produit soit yg, d'où le poids du produit : mg = (yg-xg). 5. RECRISTALLISATION : C’est une technique qui repose sur la différence de solubilité entre le composé à purifier et ses impuretés dans un solvant donné à chaud et à froid. La solubilisation est réalisée à chaud dans le minimum de solvant nécessaire afin d'obtenir au refroidissement une solution saturée en composé à purifier. La cristallisation intervient donc pendant le refroidissement. Les impuretés sont séparées du produit principal en deux étapes : - une filtration à chaud de la solution permet l'élimination des impuretés insolubles à chaud dans le solvant de recristallisation ; - les impuretés solubles restent en solution lors du refroidissement car elles sont, par hypothèse, en concentration beaucoup plus faible que le composé à purifier. Seul le produit majoritaire atteint la saturation lors du refroidissement et précipite. Réalisation d'une recristallisation. Le solide brut est placé dans un ballon rodé, surmonté d'un réfrigérant à eau. Le solide doit être juste couvert par le solvant de recristallisation. Le mélange est porté au reflux et on ajoutera du solvant, par le haut du réfrigérant, en petites portions, en laissant le reflux s'établir entre chaque addition jusqu'à obtenir une dissolution quasi-totale. Le chauffage est alors réglé de façon à maintenir une ébullition douce. La solution est alors filtré à chaud afin d'éliminer les impuretés insolubles à chaud. Le récipient qui reçoit la solution doit lui aussi être chaud afin d'éviter une recristallisation brutale au contact d'un corps froid. Lorsque la solution chaude a été filtrée elle doit refroidir lentement. En effet un refroidissement trop rapide a généralement pour effet de piéger les impuretés dans les cristaux formés. Si la recristallisation n'intervient pas à froid on peut l'amorcer soit par refroidissement à l'aide d'un bain de glace ou dans un réfrigérateur, soit par création de point de germination de cristaux organiques autour de micro éclats de verres obtenus en frottant la paroi de l'erlenmeyer avec un bâton de verre. 26 Lorsque la cristallisation est terminée, le solide purifié est récupéré par filtration sur Büchner ou sur verre fritté. 6. ADSORPTION : L’adsorption est l’accumulation de substances à partir de gaz ou de liquide sur la surface d’un solide. 7. DISTILLATION : La distillation est un procédé de séparation de mélange de substances liquides dont les températures d’ébullition sont différentes. Elle permet de séparer les constituants d’un mélange homogène. On utilise des colonnes conçues pour assurer le meilleur contact possible entre la vapeur et le liquide de condensation en équilibre : colonnes types vigreux, colonnes de remplissages... La vapeur subit une série de condensation partielle sur toute la hauteur de la colonne. Le constituant le moins volatil se condense et retombe dans le ballon à distillation tandis que, le plus volatil continu à s'élever dans la colonne. Il finit par sortir de la colonne et se condense dans un réfrigérant descendant droit. Si la séparation est efficace, et si le composé distille à l'état pur, la température de la vapeur reste constante. Lorsque le produit le moins volatile a totalement distillé, la température s'élève rapidement jusqu'au point d'ébullition du constituant le moins volatil. Dans le cas de composés qui se décomposent avec la chaleur ou qui possèdent un point d'ébullition trop élevé (>100°C), la distillation peut être facilité en opérant sous pression réduite. Montage de distillation fractionnée 27 SEANCE II : CHROMATOGRAPHIE SUR COUCHE MINCE (SEPARATION DES COMPOSES D’UN MELANGE) La Chromatographie : La chromatographie est une méthode d’analyse physico-chimique qui sépare (identifie et dose) les composés chimiques d’un mélange enles répartissant entre deux phases :La phase stationnaire reste fixe en place tandis que la phase mobile transporte les composants du mélange à travers le milieu utilisé.La phase stationnaire agit comme une contrainte sur de nombreux composants d'un mélange, les ralentissant pour se déplacer plus lentement que la phase mobile.Le mouvement des composants dans la phase mobile est contrôlé par l'importance de leurs interactions avec les phases mobile et/ou stationnaire.En raison des différences de facteurs tels que la solubilité de certains composants dans la phase mobile et la force de leurs affinités pour la phase stationnaire, certains composants se déplaceront plus rapidement que d'autres, facilitant ainsi la séparation des composants au sein de ce mélange. Cette séparation est le résultat des migrations différentielles de progression des composés du mélange le long de la phase stationnaire (phase fixe) Plusieurs types de chromatographies sont utilisés, notamment : la chromatographie sur couche mince (CCM), la chromatographie liquide, la chromatographie gaz, la chromatographie liquide haute performance, et toutes les méthodes se basent sur le même principe impliquant une phase stationnaire et une phase mobile. La Phase stationnaire : Appelée aussi la phase fixe, c’est la phase qui retient les composés (solutés) soit à l’intérieur d’une colonne ou sur une surface plane. Elle peut être un solide qui permet la séparation des constituants d’un mélange par leurs propriétés absorbantes (silice, alumine, tamis moléculaire, 28 papier…). Les phases stationnaires solides sont utilisées en chromatographie sur couche mince et en chromatographie sur colonne. La phase stationnaire peut etre aussi un liquide dont le poids moléculaire est élevé, et il est fixé sur un support solide inerte, (chromatographie sur papier, chromatographie en phase gazeuse et en phase liquide) La Phase mobile : C’est une phase qui se déplace le long du dispositif contenant la phase stationnaire, en entrainant le substrat. La phase mobile est soit un gaz (chromatographie en phase gazeuse), soit un liquide appelé éluant (chromatographie liquide) La chromatographie sur couche mince (CCM) La chromatographie sur couche mince (CCM) est une technique chromatographique utilisée pour séparer les composants non volatils d'un mélange à l'aide d'une phase stationnaire mince supportée par un support inerte. Elle peut être effectuée à l'échelle analytique comme moyen de surveiller la progression d'une réaction, ou à l'échelle préparative pour purifier de petites quantités d'un composé. La CCM est un outil analytique largement utilisé en raison de sa simplicité, de son coût relativement faible, de sa grande sensibilité et de sa vitesse de séparation. La CCM fonctionne sur le même principe que toute chromatographie : un composé aura des affinités différentes pour les phases mobile et stationnaire, ce qui affecte la vitesse à laquelle il migre. Le but de la CCM est d'obtenir des taches bien définies et bien séparées. La technique est menée sur une feuille de papier d'aluminium, de plastique ou de verre recouverte d'une fine couche de matériau adsorbant. Le matériau généralement utilisé est l'oxyde d'aluminium, la cellulose ou le gel de silice. Une fois la séparation terminée, chaque composant apparaît sous forme de taches séparées verticalement. Chaque spot a un facteur de rétention (Rf) exprimé par : Rf = dist. Parcouru par échantillon / dist. Parcouru par le solvant 29 Less facteurs affectant le déroulement de l’analyse sont : la nature du solvant (la phase mobile), la quantité de matière déposée, l'adsorbant (la phase stationnaire) et la température. Principe de chromatographie sur couche mince Comme d'autres techniques chromatographiques, hromatographiques, la chromatographie sur couche mince (TLC) dépend du principe de séparation. La séparation repose sur l'affinité relative des composés envers les deux phases. Les composés de la phase mobile se déplacent à la surface de la phase stationnaire. ire. Le mouvement se produit de telle manière que les composés qui ont une plus grande affinité pour la phase stationnaire se déplacent lentement tandis que les autres composés se déplacent rapidement. Par conséquent, la séparation du mélange est atteinte. À la fin du processus de séparation, les composants individuels du mélange apparaissent sous forme de taches à des niveaux respectifs sur les plaques. Leur caractère et leur nature sont identifiés par des techniques de détection appropriées. Diagramme d’une chromatographie sur couche mince 30 Applications de la chromatographie sur couche mince Les tests qualitatifs de divers médicaments tels que les sédatifs, les anesthésiques locaux, les tranquillisants anticonvulsivants, les analgésiques, les antihistaminiques, les stéroïdes, les hypnotiques sont effectués par CCM. La CCM est extrêmement utile dans les analyses biochimiques telles que la séparation ou l'isolement des métabolites biochimiques dans les urines ou le sang. La chromatographie en couche mince peut être utilisée pour identifier des produits naturels comme les huiles essentielles ou les huiles volatiles, les huiles fixes, les glycosides, les cires, les alcaloïdes, etc. Elle est largement utilisée dans la séparation des formulations pharmaceutiques à plusieurs composants. Elle est utilisée pour la purification des échantillons et une comparaison directe est effectuée entre l'échantillon et l'échantillon authentique. Elle est utilisée dans l'industrie alimentaire pour séparer et identifier les colorants, les édulcorants et les conservateurs. Elle est utilisée pour étudier si une réaction est complète. Procédure de chromatographie en couche mince Application : isoler et identifier les composés d’un mélange de sucres Phase pré analytique : Avant de commencer l'expérience de chromatographie en couche mince, Il faut préparer et disposer les différents composants nécessaires pour mener à bien la procédure ainsi que les phases impliquées. Plaques de chromatographie en couche mince - des plaques prêtes à l'emploi sont utilisées, chimiquement inertes et stables. La phase stationnaire est appliquée à sa surface sous forme d'une couche mince. La phase stationnaire sur la plaque a une granulométrie fine et a également une épaisseur uniforme. Chambre ou cuve de chromatographie sur couche mince - La chambre est utilisée pour développer des plaques. Elle est responsable de maintenir un environnement stable à l'intérieur qui aidera à développer des taches. En outre, il empêche l'évaporation du solvant et maintient l'ensemble du processus sans poussière. 31  Phase mobile de chromatographie sur couche mince - La phase mobile est celle qui se déplace et consiste en un mélange de solvants ou un solvant. Cette phase doit être exempte de particules. Plus la qualité de la pureté est élevée, meilleur est le développement des taches. Papier filtre pour chromatographie en couche mince – Il doit être placé à l'intérieur de la chambre. Il est humidifié dans la phase mobile. Echantillons étiquetés Phase analytique : Pour appliquer des taches d'échantillon, de fines marques sont faites au bas de la plaque à l'aide d'un crayon. -Appliquez les solutions d'échantillon aux endroits marqués, en déposant chaque échantillon ou en utilisant un applicateur -Verser la phase mobile dans la chambre TLC et pour maintenir une humidité égale, placer un papier filtre humidifié dans la phase mobile. -Placer la plaque CCM dans la cuve et fermer avec un couvercle. La plaque est déposée de manière à ce que l'échantillon soit face à la phase mobile. -Immergez la plaque pour le développement. N'oubliez pas de maintenir les points d'échantillonnage bien au-dessus du niveau de la phase mobile. Ne pas le plonger dans le solvant. -Attendez le développement des taches. Une fois le solvant atteint la limite supérieure tracée sur la plaque, sortez la plaque et séchez-la. Les taches des échantillons peuvent être observées sous une chambre de lumière UV ou en corps révélées par des réactifs spécifiques et visualisées à l’œil nu Interprétation : Déterminer le rapport frontal pour chaque molécule (tache) Déduire la composition de votre mélange Souligner les limites de la technique utilisée. 32