Synthèse de la carvone à partir du limonène

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Annales corrigées
Classe(s) : Tle S | Thème(s) : Synthétiser des molécules et fabriquer de nouveaux matériaux
Type : Exercice | Année : 2017 | Académie : France métropolitaine


France métropolitaine • Juin 2017

Exercice 1 • 4 points • 40 min

Synthèse de la carvone à partir du limonène

Les thèmes clés

Synthèse organique • Rendement

 

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La peau des oranges contient une huile essentielle constituée principalement d’un des énantiomères du limonène : le R-limonène, qui est responsable de leur odeur caractéristique. Le R-limonène sert de matière première pour produire des arômes dans l’industrie agroalimentaire, comme la R-carvone.

Dans cet exercice, on s’intéresse à la synthèse de la R-carvone à partir du R-limonène.

Données

Caractéristiques physiques :

Espèce chimique

R-limonène

Nitrosochlorure de limonène

R-carvone

Eau

Masse molaire moléculaire (g ∙ mol–1)

136,0

201,5

150,0

18,0

Masse volumique (g ∙ mL–1)

0,84

0,96

1,0

Données de spectroscopie infrarouge :

Liaison

O—H

C—H

C==O

C==C

Nombre d’onde (cm–1)

3 200-3 400

2 900-3 200

1 660-1 725

1 640-1 660

1. Extraction du limonène 10 min

L’extraction de cette huile essentielle peut se faire par hydrodistillation. À partir de l’écorce de six oranges, on recueille 3,0 mL d’huile essentielle que l’on analyse par spectrophotométrie.

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Spectre infrarouge de l’huile essentielle obtenue à partir des écorces d’orange

D’après Mady Capon, Chimie des couleurs et des odeurs, éd. Culture et techniques.

1 Représenter la formule semi-développée du R-limonène. (0,5 point)

2 Montrer que le spectre infrarouge de l’huile essentielle recueillie est compatible avec la structure du R-limonène. (0,5 point)

2. Synthèse de la R-carvone 15 min

La synthèse de la R-carvone s’effectue à partir du R-limonène en trois étapes schématisées ainsi :

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La première étape de cette synthèse est décrite ci-après.

La réaction entre le limonène et le chlorure de nitrosyle NOCl en excès permet, après filtration, de recueillir un produit sous forme solide : le nitrosochlorure de limonène.

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À l’issue de la synthèse, on recueille un mélange constitué de deux phases : une phase aqueuse et une phase organique constituée principalement de R-carvone. Cette phase organique est séparée de la phase aqueuse à l’aide d’une ampoule à décanter, puis la phase organique est séchée.

1 La R-carvone est une molécule chirale. Justifier. (0,5 point)

2 Indiquer la catégorie de la réaction mise en jeu lors de la première étape de la synthèse. Justifier. (0,5 point)

3 Le schéma de l’ampoule à décanter utilisée à l’issue de l’étape 3 de la synthèse est donné ci-après.

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Identifier la phase (phase 1 ou phase 2) où se situe la R-carvone. Justifier. (0,5 point)

3. Des oranges à la carvone 15 min

On fait l’hypothèse que l’huile essentielle recueillie par hydrodistillation (partie 1) est uniquement constituée de R-limonène. Le rendement de la synthèse effectuée (partie 2) est de 30 %.

1 Vérifier que la quantité de matière de R-limonène nécessaire à la synthèse de 13 g de R-carvone est égale à 0,29 mol. (0,75 point)

2 Estimer le nombre d’oranges nécessaires pour synthétiser 13 g de R-carvone à partir du R-limonène extrait des peaux d’orange. (0,75 point)

Le candidat est invité à prendre des initiatives et à présenter la démarche suivie même si elle n’a pas abouti. La démarche suivie est évaluée et nécessite donc d’être correctement présentée.

Les clés du sujet

Partie 1

2 Repérez les liaisons caractéristiques de la molécule de R-limonène puis utilisez le second tableau dans les données pour lire le spectre IR.

Partie 2

1 Pour justifier la chiralité, cherchez les carbones asymétriques OU représentez la molécule puis son image dans un miroir (en Cram) OU cherchez les éléments de symétrie…

Partie 3

2 D’après l’énoncé, 6 oranges produisent 3 mL d’huile essentielle de limonène. Calculez la quantité de limonène dans ces 3 mL et rappelez-vous le résultat trouvé en répondant à la question précédente : 0,29 mole de limonène.