PREPARATION DE LA CYCLOHEXANONE

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1) Travail préliminaire.

Rechercher dans la bibliographie les conditions d'utilisation des différents produits utilisés pour réaliser la synthèse et la purification de la cyclohexanone. Compléter le tableau suivant :
 

Nom du produit

Formule

Phrase de risques R

Phrase de sécurité S

Quantité utilisée

Mode de prélèvement

Cyclohexanol

30,0g 

Dichromate de sodium cristallisé

40,0g

Acide sulfurique concentré

40mL

Chlorure de sodium

2g/10mL de distillat

Chloroforme

30mL

Solution d’hydroxyde de sodium à 10%

25mL

Sulfate de magnésium anhydre

Une pointe de spatule

Produit de la réaction :
Cyclohexanone

.

2) Mode opératoire.

        2-1) Synthèse de la cyclohexanone : oxydation du cyclohexanol.

- Dans un réacteur : ballon de 500mL à trois tubulures, équipé d'un réfrigérant  ascendant, d'une ampoule de coulée, d'un thermomètre et d'une agitation mécanique étanche, introduire 30,0g de cyclohexanol et 30mL d'eau distillée.
- Dans un erlenmeyer de 500mL, préparer une solution de 40,0g de dichromate de sodium cristallisé Na2Cr2O7, 2H2O dans 100mL d'eau distillée et 40mL d'acide sulfurique concentré (respecter l'ordre d'introduction).
- Le contenu de l'erlenmeyer sera ajouté par l'intermédiaire de l'ampoule de coulée en respectant la consigne suivante : l'addition est faite goutte à goutte, sous vive agitation en surveillant la température pour qu'elle ne dépasse pas 65°C. La durée totale de l'addition doit être d'une vingtaine de minutes. La réaction est terminée quand la température du milieu réactionnel commence à baisser.
Remarque : une goutte représente 1/20 mL (on peut aussi dire qu'un mL de solution correspond à 20 gouttes); connaissant le volume total à introduire et la durée de l'addition prévoir le débit nécessaire à la bonne conduite de l'opération. Une méthode de contrôle du respect de cette consigne consiste à repérer le demi volume sur l'ampoule de coulée et à vérifier que son introduction se fait dans le demi temps imparti. (Selon le cas on peut augmenter le débit ou le réduire).
- Attendre encore au moins cinq minutes.

        2-2) Purification de la préparation.

            a) Entraînement à la vapeur.
Le dispositif précédent est adapté en changeant  le réfrigérant ascendant par un réfrigérant descendant. Le dispositif est équipé d'un système de chauffage pour réaliser un entraînement à la vapeur « in situ ».
- Ajouter au mélange réactionnel obtenu précédemment, 100mL d'eau distillée.
- Au cours de l'entraînement à la vapeur, la température, d'abord constante, s'élève ensuite progressivement pour se stabiliser à 100°C.
- Recueillir le distillat, dans un erlenmeyer gradué. Il est d'abord hétérogène (gouttes huileuses) puis devient homogène. Cesser l'entraînement à la vapeur 10 minutes après la disparition des dernières gouttes huileuses.
Remarque : Eventuellement de l'eau supplémentaire peut être ajoutée par l'ampoule de coulée, si cela s'avère nécessaire.

            b) Séparation des phases.
- Ajouter au distillat du chlorure de sodium à raison de 2g par 10mL environ de distillat recueilli. Dissoudre en agitant.
- Après dissolution complète, ajouter 30mL de chloroforme.
- Dans l'ampoule à décanter réaliser la séparation des deux phases. Recueillir la phase organique.
- Laver celle-ci avec 25mL d'une solution d'hydroxyde de sodium à 10%.
- Vérifier que la phase aqueuse est basique, sinon recommencer ce lavage.
- Séparer la phase organique.
- Laver la phase organique avec 50 mL d'une solution saturée de chlorure de sodium.
- Séparer encore une fois la phase organique.
- Ajouter à la phase organique du sulfate de magnésium anhydre, puis filtrer. Recueillir le filtrat.

            c) Purification de la cyclohexanone.
En utilisant un montage de microdistillation fractionnée, réaliser la rectification de la cyclohexanone pour la  purifier.
La présenter dans un flacon étiqueté de 60mL.
Données:
Températures d'ébullition : Chloroforme 61,7°C        Cyclohexanone 155,6°C        Cyclohexanol 161,1°C

            d) Contrôle de la cyclohexanone préparée.
Mesurer le volume recueilli.
Mesurer l'indice de réfraction.

3) Compte rendu.
        3-1) Ecrire l'équation de réaction de cette synthèse, compte tenu des deux couples redox mis en jeu :
Cr2O72-/Cr3+  E01= 1,33V  ;        C6H10O/ C6H11OH  E02<E01
        3-2) Dresser le tableau des réactifs.
        3-3) Déterminer le réactif limitant de la synthèse.
        3-4) Calculer le rendement de la préparation.