Exercice corrigé Ancien programme

L'extraction de l'eugénol du clou de girofle

Depuis plus d'un siècle, la vanilline est essentiellement produite artificiellement. La première étape de sa synthèse consiste à extraire l'eugénol du clou de girofle. Le clou de girofle est un bouton floral séché qui contient une grande quantité d'huile essentielle très riche en eugénol et en acétyleugénol.

Données.

  •  Densité de l'eau : .
  •  Éther : solvant organique non miscible à l'eau de densité .
  •  Couple acide/base : .

L'extraction de l'eugénol du clou de girofle nécessite plusieurs étapes détaillées ci-après.

1. Première étape

De la poudre de clou de girofle est introduite dans un ballon, avec 250 mL d'eau distillée et quelques grains de pierre ponce. Le ballon est ensuite placé dans le montage suivant :

a. Quel nom porte ce montage ?

b. Nommer les éléments numérotés du montage.

c. Indiquer, sur le montage, le sens de circulation de l'eau dans la verrerie n° 3. Quel est le rôle de cette verrerie ?

d. Expliquer l'utilité de la pierre ponce.

2. Deuxième étape : le relargage

Le distillat obtenu est une émulsion d'huile essentielle de clou de girofle et d'eau. On y ajoute du chlorure de sodium solide. On agite jusqu'à dissolution complète du sel. On laisse décanter.

a. Écrire l'équation de dissolution du chlorure de sodium dans l'eau.

b. Expliquer le principe de cette opération de relargage.

3. Troisième étape : extraction liquide-liquide

Le mélange précédent est introduit dans une ampoule à décanter avec 30 mL d'éther. On agite et on laisse décanter.

Représenter l'ampoule à décanter  indiquer les phases organique et aqueuse  justifier la position des deux phases.

4. Quatrième étape : séparation de l'eugénol et de l'acétyleugénol

La phase organique récupérée à l'étape précédente contient un mélange d'eugénol et d'acétyleugénol dans l'éther. Cette solution organique est à nouveau mise dans une ampoule à décanter, avec une solution aqueuse d'hydroxyde de sodium de concentration . On agite, on laisse décanter et on récupère la phase aqueuse.

La phase organique restante est lavée encore deux fois par la solution d'hydroxyde de sodium.

Les phases aqueuses sont rassemblées dans un bécher propre.

a. En considérant les données physico-chimiques de l'acétyleugénol, indiquer si l'acétyleugénol se trouve dans la phase aqueuse ou la phase organique. Justifier.

b. L'eugénol, noté , possède un groupe hydroxyle (fonction alcool) qui peut céder son proton.

Comment appelle-t-on ce type d'espèce chimique ?

c. Représenter les domaines de prédominance du couple

d. En supposant que l'ajout de la solution d'hydroxyde de sodium permette d'obtenir un pH supérieur à 12, déduire l'intérêt de garder la phase aqueuse.

e. Donner une explication possible pour rendre compte de la différence de solubilité, dans l'eau, de l'eugénol et de l'ion eugénate.

f. Dans la phase aqueuse recueillie, on introduit une solution concentrée d'acide chlorhydrique jusqu'à obtenir un .

Donner la formule de la solution aqueuse d'acide chlorhydrique.

Quel est le rôle de cet ajout d'acide chlorhydrique ?

5. Une nouvelle extraction liquide-liquide est réalisée avec l'éther, dans une ampoule à décanter. Quelle phase doit-on récupérer ? Pourquoi ?

1. a. Il s'agit d'un entraînement à la vapeur, appelé aussi distillation simple ou hydrodistillation.

b. (1) est un support élévateur 

(2) est un chauffe-ballon 

(3) est un réfrigérant 

(4) est un erlenmeyer contenant le résultat de la distillation : le distillat.

c. L'entrée d'eau est toujours en bas du réfrigérant (ici à droite) et la sortie en haut (ici à gauche).

Le rôle du réfrigérant est de refroidir les vapeurs en entrant et donc de les condenser pour pouvoir les récupérer ici.

d. L'utilité de la pierre ponce est d'homogénéiser la température et la composition du mélange réactionnel.

2. a. L'équation de dissolution est : .

b. Le relargage permet de récupérer davantage d'huile essentielle de clou de girofle.

En effet, on peut constater grâce au tableau de données que l'eugénol et l'acétyleugénol sont peu solubles dans l'eau mais qu'ils ne le sont pas du tout dans l'eau salée. De plus, le chlorure de sodium est lui très soluble dans l'eau.

Avant l'ajout du sel, il y a un peu d'huile essentielle de girofle qui est solubilisée dans la phase aqueuse car « peu soluble » signifie que les deux espèces préfèrent la phase organique mais vont tout de même « un peu » dans la phase aqueuse.

Donc lorsque du sel est ajouté dans le distillat, celui-ci va se solubiliser dans l'eau et non dans la phase organique. L'eau devient de l'eau salée dans laquelle ni l'eugénol, ni l'acétyleugénol ne sont solubles. Ces deux espèces vont donc être « expulsées » de la phase aqueuse vers la phase organique.

Le peu qui se trouvait en phase aqueuse est donc transféré dans la phase organique : on récupère donc davantage d'huile essentielle.

3. La phase organique a une densité proche de celle de son solvant donc de celle de l'éther alors que celle de la phase aqueuse est proche de celle de l'eau . La phase organique se retrouve donc au-dessus de la phase aqueuse car sa densité est inférieure.

4. a. L'acétyleugénol est très soluble dans l'éther et insoluble dans l'eau salée : il ne va donc pas dans la phase aqueuse et est entièrement dans la phase organique.

b. Une espèce capable de céder un proton est un acide (définition de Brønsted).

c. 

R  OH

10,2

R  O–

pH

d. Si le pH est supérieur à 12 alors c'est , l'ion eugénate, qui est présent dans le mélange. Or, d'après les données, cet ion est très soluble dans l'eau. Il faut donc conserver la phase aqueuse et jeter la phase organique (après plusieurs lavage tout de même).

La phase organique contient l'acétyleugénol et l'éther et la phase aqueuse la forme basique de l'eugénol : l'ion eugénate.

e. La différence essentielle entre ces deux formes est la présence de charge électrique sur l'ion eugénate alors que l'eugénol est neutre. Il s'ensuit que grâce à cette charge l'ion eugénate est une espèce polaire et est par conséquent soluble, voire très soluble, dans l'eau qui est un solvant polaire.

De la faible solubilité de l'eugénol on ne peut que supposer que sans cette charge le groupe hydroxyle de l'eugénol n'est que très peu polaire.

f. L'acide chlorhydrique en solution a pour formule

L'acide chlorhydrique va diminuer le pH en dessous du pKA du couple  et on va donc avoir prédominance de la forme acide de ce couple, c'est-à-dire l'eugénol. Le rôle de l'ajout d'acide est donc de retrouver l'eugenol.

5. On devra maintenant récupérer la phase aqueuse. En effet, l'espèce que l'on souhaite conserver, l'eugénol, y est très soluble car le solvant est l'éther, et n'est que peu soluble dans l'eau.

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