Préparation acide 3-nitrobenzoïque

PREPARATION DE L'ACIDE 3-NITROBENZOÏQUE

Le but de cette manipulation est la préparation, en deux étapes réactionnelles, de l'acide 3-nitrobenzoïque à partir du 3- nitrobenzoate de méthyle.

1) Données :
-    3-nitrobenzoate de méthyle M = 181,1 g.mol^-¹, toxique par ingestion et par contact, provoque des irritations graves de la peau et des yeux.
-    Hydroxyde de sodium M = 40,0 g.mol^-¹ pureté : 97 % en masse, corrosif par contact avec la peau
-    Acide chlorhydrique M = 36,5 g.mol^-¹pureté : 36 % en masse, corrosif : dangereux pour la peau et les yeux agressif pour les voies respiratoires.
-    Acide 3-nitrobenzoïque M = 167,1 g.mol^-¹soluble dans l'éthanol, l'éther, l'acétone.

2) Mode opératoire :

2-1) Obtention du 3-nitrobenzoate de sodium:

Dans un ballon rodé tricol de 250 mL, introduire 12,0 g de 3-nitrobenzoate de méthyle, 5,5g d’hydroxyde de sodium en pastilles et 25 mL d'eau.
Chauffer à reflux total pendant environ 30 minutes.
Ajouter alors au milieu réactionnel environ 40 mL d'eau. Laisser refroidir.

2-2) Obtention de l'acide 3-nitrobenzoïque:

Faire refroidir dans la glace un bécher de 250 mL contenant 17 mL d'acide chlorhydrique concentré.
Verser, en agitant, le contenu du ballon dans le bécher ; laisser refroidir dans le bain de glace.
Filtrer sur büchner, laver à l'eau froide (environ 60 mL) pour éliminer l'acide en excès : vérifier à l'aide d'un papier pH.
Bien essorer et sécher sur papier filtre.

3-3) Purification du produit brut:

Recristalliser la moitié du produit brut en utilisant comme solvant 70mL d'une solution aqueuse à 3 % d'acide chlorhydrique (utiliser un ballon rodé de 250 mL).

Présenter le produit purifié dans une coupelle tarée.
Sécher à l'étuve à 60 °C. Peser le produit purifié obtenu. Noter cette masse.

2-4) Contrôle de pureté:

Déterminer la température de fusion du produit purifié.

Réaliser une chromatographie sur couche mince :

Effectuer quatre dépôts sur la plaque de chromatographie :

o Solution à 2 % de 3-nitrobenzoate de méthyle pur dans l'éthanol pur

o Solution à 2 % d'acide 3-nitrobenzoïque de référence dans l'éthanol pur

o Solution à 2 % d'acide 3-nitrobenzoïque recristallisé dans l'éthanol pur

o Solution à 2 % d'acide 3-nitrobenzoïque brut dans l'éthanol pur

Eluer avec un mélange cyclohexane / acétate d'éthyle (1 / 2).
Révéler sous la lampe UV ( 254 nm).

3) Compte-rendu :
    3-1) Équations :
            a) Écrire l'équation de la réaction de saponification du 3-nitrobenzoate de méthyle.
            b) Écrire l'équation de la réaction permettant d'obtenir l'acide 3- nitrobenzoïque
    3-2) Calcul du rendement :
            a)Calculer les quantités de matière des réactifs introduits. En déduire la masse théorique d'acide 3- nitrobenzoïque attendue.
            b) Calculer le rendement global de la synthèse et le rendement de la recristallisation.
    3-3) Questions sur le mode opératoire :
            a) Préciser le rôle du refroidissement lors de l'addition de l'acide chlorhydrique.
            b) Indiquer le rôle du lavage du produit brut à l'eau froide.
            c) Indiquer les propriétés d'un solvant de recristallisation. Justifier le choix du solvant dans la manipulation.
            d) Définir l'indice de saponification; le calculer pour le 3-nitrobenzoate de méthyle.(M(K) = 39g/mol)
    3-4) Contrôles de pureté:
            Interpréter le chromatogramme obtenu.
    3-5) Spectroscopie infrarouge :
            Repérer les bandes caractéristiques sur le spectre IR de l’acide 3-nitrobenzoïque .