Aurélie 20/03/13
 

 

Acide propanoïque, propanamide, RMN, IR, bac S 2013.

En poursuivant votre navigation sur ce site, vous acceptez l’utilisation de Cookies vous proposant des publicités adaptées à vos centres d’intérêts.



 


La production industrielle d'acide propanoïque se fait par oxydation du propaal par le dioxygène.On travaille à une température comprise entre 40 et 50 °C, en présence d'un catalyseur à base de cobalt ou de manganèse.
Donner les formules semi-développées du propanal et de l'acide propanoïque.
 
Ecrire l'équation de la réaction.
CH3-CH2-CHO + ½O2 -->
CH3-CH2-COOH.
Le rendement de la réaction est de 90 %.

Donner la masse de propanal et le volume de dioxygène nécessaires pour produire une tonne d'acide propanoïque. Vm = 24 L/mol.
M(acide propanoïque) = 3*12+6+2*16 =74 g/mol ; M( propanal) =3*12+6+16 =58 g/mol.

n(acide propanoïque )= 106 / 74 =1,35 104 mol.
n(propanal ) =
n(acide propanoïque )=1,35 104 mol.
masse de propanal :
1,35 104 *58 =7,8 105 g
Prendre en compte le rendement :
7,8 105 /0,9 = 8,7 105 g = 0,87 tonne.
n(dioxygène) = ½
n(propanal ) = 0,5 *1,35 104 =6,75 103 mol.
Volume de dioxygène : 6,75 103 *24 = 1,62 105 L = 1,62 102 m3.
Prendre en compte le rendement : 1,62 102 /0,9 = 1,8 102 m3.
L'utilisation atomique ( UA) s'obtient en formant le rapport :
UA = masse d'acide propanoïque formé / S (masses de tous les réactifs ).
Le facteur E est donné par : UA = 1 / (1+E).
Quelle est la valeur du facteur E pour cette réaction ?
L'acide propanoïque étant le seul produit, la masse de cet acide est égale à la somme des masses des réactifs.
par suite UA = 1 et E = 1/UA-1 = 0.
Quelles sont les trois raisons qui nous permettent de dire que cette réaction est efficace en terme d'impact sur l'environnement ?
Cette oxydation ne produit pas de dioxyde de carbone, gaz à effet de serre.
Cette réaction s'effectue vers 50 °C ; il faut brûler peu de combustibles fossiles pour atteindre cette température.
Un procédé sera donc d'autant plus efficace, que son facteur E sera proche de 0.

.


On veut synthétiser, à partir de l'acide propanoïque, le propanamide.
Quelle est la formule semi-développée du propanamide ? Le spectre UV peut-il donner des indications sur la structure de cette molécule ?


Le spectre UV d'une molécule possèdant des doubles liaisons conjuguées présente une bande d'absorption importante. Ce n'est pas le cas ici.
On donne le spectre RMN du propanamide. Attribuer les 3 pics observés en justifiant.

Le singulet à 6,5 ppm correspond aux deux prorons de l'azote.
Le triplet à 1,1 ppm correspond aux 3 protons du  méthyle CH3 couplés avec les deux protons du groupe CH2.
Le quadruplet à 2,3 ppm correspond aux deux protons du groupe
CH2 couplés avec les trois protons du méthyle.
Identifier les principales bandes du spectre IR du propanamide.

1680 cm-1 : vibration de la liaison CO du carbonyle CO ; vers 3000 cm-1 : vibration des liaisons C-H.
Entre 3050 et 3500 cm-1 : 2 bandes de vibrations des liaisons N-H des amides.
Vers 1200 cm-1 : vibration de la liaison C-N ; 1600 cm-1 :  déformation de la liaison N-H.
Pour effectuer la synthèse du propanamide, on peut penser qu'il suffit de faire réagir l'ammoniac sur l'acide propanoïque.
Quelle réaction se produira spontanément en mettant en présence l'acide propanoïque et l'ammoniac ? Comment se nomme le produit obtenu ?
Réaction acide base : CH3-CH2-COOH aq + NH3aq -->
CH3-CH2-COO-aq + NH4+aq ( propanoate d'ammonium).
Quelle opération faudrait-il faire ensuite subir au produit obtenu pour obtenir le propanamide ?
Faire réagir le propanoate d'ammonium sur l'ammoniac.
En réalité, cette réaction est difficile à réaliser, et le rendement est très mauvais.



Pour effectuer la synthèse du propanamide, on  peut faire réagir du chlorure d'ammonium (NH4+ + Cl-) et du propanoate de sodium (CH3-CH2-COO- + Na+). Après un long chauffage à température élevée, du propanamide se forme, mais le rendement est très mauvais.
Quelle masse de chlorure d'ammonium et de propanoate de sodium faut-il faire réagir pour obtenir 10 g de propanamide si le rendement est 10 % ?
NH4+ + Cl- + CH3-CH2-COO- + Na+--> CH3-CH2-CONH2Na+ + Cl- + H2O.
M(NH4 Cl) = 14 +4 +35,5 =53,5 g/mol ; M(CH3-CH2-COONa) =12*3 +5 +2*16+23=96 g/mol ; M(CH3-CH2-CONH2) =3*12+7+16+14=73 g/mol.
n(propanamide) =10 / 73 =0,137 mol ; n(NH4 Cl) =n(CH3-CH2-COONa) =0,137 mol.
m(NH4 Cl) =0,137 *53,5 =7,33 g ; tenir compte du rendement : 7,33 / 0,10 ~ 73 g.
m(CH3-CH2-COONa) =0,137 *96 =13,15 g ; tenir compte du rendement : 13,15 / 0,10 ~1,3 102 g.
On peut enfin faire réagir le chlorure de propanoyle sur l'ammoniac. Dans un erlenmeyer, on mélange 10 mL de chlorure de propanoyle et 30 mL d'une solution concentrée  d'ammoniac. On place l'erlenmeyer sur un agitateur chauffant ( vers 40 °C ). Au bout d'un quart d'heure, on refroidit le contenu de l'erlenmeyer dans un bain d'eau glacée. Si l'amide ne précipite pas, on rajoute un peu d'une solution de soude à 1 mol/L. On filtre sur Büchner, on recristallise et on sèche à l'étuve. On obtient 7,2 g de propanamide.
Faire un schéma annoté du dispositif de filtration sur Büchner.

On donne la formule du chlorure de propanoyle CH3-CH2-COCl. Justifier que la première étape de la synthèse est une attaque de l'amoniac sur un site pauvre en électrons.
Les atomes d'oxygène et de chlore sont électronégatifs, attracteurs d'électrons. L'atome de carbone du carboyle est déficitaire en électrons.

Ecrire l'équation de la synthèse en milieu basique.
CH
3-CH2-COCl aq + 2 NH3 aq -->CH3-CH2-CONH2 aq + NH4+aq + Cl-aq.
La densité du chlorure de propanoyle est 1,06. L'ammoniac est en excès. Quel est le rendement de cette synthèse ?
M (
CH3-CH2-COCl) = 3*12+5+16+35,5 = 92,5 g/mol ; m(CH3-CH2-COCl ) = 10*1,06 = 10,6 g ; n(CH3-CH2-COCl) =10,6 / 92,5 =0,1146 mol.
M(propanamide) =73 g/mol. ; n(propanamide) = 0,1146 mol ; m = 0,1146*73 =8,4 g.
Rendement : 7,2 / 8,4 = 0,86 ( 86 % ).




  
Quelle est la meilleur méthode pour obtenir le propanamide ? Justifier.
Chaque étape d'une synthèse doit posséder le rendement le plus élevé possible.
Chaque réaction doit être rapide, conduire à un seul produit et s'effectuer dans des conditions de température et de pression peu contraignantes.
Les étapes de séparation du produit recherché du milieu réactionnel  doivent être simples et peu nombreuses.
La troisième synthèse est la plus appropriée.

menu