EXERCICE 111

EXERCICE 111
Bac S 2007

L'huile essentielle de Gaulthérie autrement appelée "essence de Wintergreen" est issue d'un arbuste d'Amérique septentrionale : le palommier, également appelé "thé du canada", "thé rouge", "thé de Terre-Neuve". Cette substance est un anti-inflammatoire remarquable. Elle est aussi utilisée en parfumerie et comme arôme dans l'alimentation. Autrefois, elle était obtenue par distillation complète de la plante.
Cette huile est constituée principalement de salicylate de méthyle. Il est possible de synthétiser cet ester au laboratoire, à partir de l'acide salicylique et du méthanol selon la réaction d'équation :
C₇H₆O₃(s) + CH₄O(l) = C₈H₈O₃(l) + H₂O(l)

Cet exercice comporte 13 affirmations concernant un mode opératoire de cette synthèse.
Toute réponse doit être accompagnée de justifications ou de commentaires. A chaque affirmation, répondre par VRAI ou FAUX, en justifiant le choix à l'aide de définitions, de schémas, de calculs, d'équations de réactions,.... Si l'affirmation est fausse, donner la réponse juste.

Données :

Nom	Formule	Masse molaire en g.mol^-1	Masse volumique en g.mL^-1	Températured'ébullition en °C (1 bar)
Acide salicylique	C₇H₆O₃	M₁=138		q₁= 211
Méthanol	CH₄O	M₂=32	r₂= 0,8	q₂= 65
Salicylate de méthyle	C₈H₈O₃	M₃=152	r₃= 1,17	q₃= 223
Cyclohexane	C₆H₁₂	M₄=84	r₄= 0,78	q₄= 81

Formule de l'ion hydrogénocarbonate :HCO₃^-.
Masse volumique de l'eau : 1,0g.mL^-1.
Couples acide/base : HCO₃^-(aq)/CO₃^2-(aq) CO₂,H₂O/HCO₃^-(aq) ; le dioxyde de carbone est un gaz peu soluble dans l'eau.
Dans un ballon, on introduit une masse m₁= 27,6g d'acide salicylique, un volume V₂ d'environ 20mL de méthanol et 1 mL d'acide sulfurique concentré. Puis on chauffe à reflux. Sur le flacon de méthanol on peut voir les pictogrammes suivants:

R : 11 - Facilement inflammable.
R : 23/25 - Toxique par inhalation et par ingestion.
S : 7 - Conserver le récipient bien fermé.
S : 16 - Conserver à l'écart de toute flamme ou source d'étincelles- Ne pas fumer.
S : 24 - Eviter le contact avec la peau.
S : 45 - En cas d'accident ou de malaise consulter immédiatement un médecin.

AFFIRMATION 1 : On doit manipuler le méthanol sous la hotte.
AFFIRMATION 2 : Le schéma d'un chauffage à reflux est le suivant :

AFFIRMATION 3 :Pour prélever le méthanol, il faut absolument utiliser une pipette jaugée munie d'une poire à pipeter (ou propipette).
AFFIRMATION 4 :La quantité n₁ d'acide salicylique introduit vaut n₁ = 2,00x10^-1 mol.
AFFIRMATION 5 :La quantité n₂ de méthanol introduit vaut environ n₂ = 5 mol.
AFFIRMATION 6 :L'équation associée à la réaction de synthèse du salicylate de méthyle s'écrit :

AFFIRMATION 7 : le réactif introduit en excès est le méthanol.
Après plusieurs heures de chauffage, on refroidit à température ambiante. On ajoute 100 mL d'eau glacée et on verse dans une ampoule à décanter. On extrait la phase organique avec du cyclohexane. Cette phase a une masse volumique proche de celle du cyclohexane.
AFFIRMATION 8 : la phase organique se situe dans la partie inférieure de l'ampoule à décanter.
La phase organique contient l'ester, du méthanol, du cyclohexane et des acides. On lave ensuite plusieurs fois cette phase avec une solution aqueuse d'hydrogénocarbonate de sodium afin d'éliminer les acides restant dans la solution. Il se produit un dégagement gazeux.
AFFIRMATION 9 : Le gaz est du dioxyde de carbone.
On effectue à nouveau un lavage à l'eau et on sèche. On sépare les constituants de la phase organique par distillation.
AFFIRMATION 10 : lors de la distillation, le salicylate de méthyle est recueilli en premier.
Après purification, on récupère une masse m₃ = 21 g de salicylate de méthyle.
AFFIRMATION 11 : le rendement de cette synthèse est de 50%.
AFFIRMATION 12 : l'ajout d'acide sulfurique a permis d'augmenter le rendement de la synthèse.
AFFIRMATION 13 : l'excès d'un des réactifs a permis d'augmenter le rendement de la synthèse.