L'acide benzoïque - Exercice 6

L'acide benzoïque est un conservateur alimentaire pouvant être extrait du benjoin, une résine végétale. Cependant, pour répondre à la demande mondiale, il peut aussi être synthétisé à partir d'alcool benzylique et d'ion permanganate en milieu basique. La transformation chimique se fait en deux étapes.

Étape 1 : la préparation de l’acide benzoïque met en jeu l’oxydation de l’alcool benzylique \(\mathrm{C_6H_5–CH_2OH}\) par l’ion permanganate \(\mathrm{MnO_4^-}\) en présence d’hydroxyde de sodium (qui rend le milieu basique). Elle produit l’ion benzoate \(\mathrm{C_6H_5COO^-}\) selon l'équation de réaction :\(\mathrm{4\ MnO_4^-(aq) + 3\ C_6H_5–CH_2OH(\ell)\rightarrow 4\ MnO_2(s) + 3\ C_6H_5–COO^-(aq) + 4\ H_2O(\ell) + OH^-(aq)}\)

Étape 2 : on fait précipiter l'acide benzoïque en acidifiant le milieu réactionnel. En milieu acide, l’ion benzoate se transforme en acide benzoïque selon l’équation de réaction :
\(\mathrm{C_6H_5COO^-(aq) + H^+(aq)\rightarrow C_6H_5COOH(s)}\)

Données

Schéma du montage utilisé au début de la synthèse

Remarque : cet exercice a pour objectif de revenir sur les grandes étapes de la synthèse, c'est pourquoi les quantités relatives de chaque espèce ne sont pas données.

Protocole expérimental

• (1) introduire, dans un ballon, l'ensemble des réactifs dans les proportions souhaitées, ainsi que quelques grains de pierre ponce et le permanganate de potassium dans l'ampoule de coulée ;
• (2) adapter un réfrigérant à eau ballon et placer ce dernier dans un chauffe-ballon posé sur un support élévateur ;
• (3) ouvrir la circulation d’eau, puis chauffer le contenu du ballon ;
• (4) ajouter lentement la solution de permanganate de potassium. Un précipité marron se forme ;
• (5) maintenir le chauffage à reflux pendant 30 minutes ;
• (6) couper le chauffage, descendre le support élévateur et laisser refroidir le mélange réactionnel à l’air libre ;
• (7) réaliser une filtration simple afin d'éliminer le solide marron formé lors de cette transformation, puis ajouter de l'acide chlorhydrique au filtrat. Un précipité blanc se forme ;
• (8) filtrer l'ensemble sur Büchner, et laver le solide blanc à l'eau glacée. Mettre le solide à l'étuve ;
• (9) mesurer, une fois de solide séché, sa température de fusion. On obtient `118"°C"` .

1. À partir du protocole expérimental numéroté (étapes 1 à 9), identifier les grandes étapes de la synthèse organique et préciser quelles étapes du protocole correspondent à chacune.

2. La température de fusion de référence de l'acide benzoïque est de `122"°C"`. Conclure sur cette valeur.

3. Déterminer l'étape manquante de la synthèse et indiquer la méthode permettant de la réaliser.