Différences de propriétés physico-chimiques de deux stéréoisomères

Thèmes abordés

Licence 1 Sciences de la nature, travaux pratiques, propriété chimique, stéréoisomère, interactions intermoléculaires, expériences en laboratoire, acide fumarique, acide maléique

Résumé du document

Dans le cadre du cours sur les interactions intermoléculaires, deux flacons sont mis à disposition des étudiants afin de réaliser des expériences en laboratoire. Chaque flacon contient une poudre blanche, l'une plus fine que l'autre. Il est donné que l'un est de l'acide maléique (Z)-but-2-ène-1,4 dioïque (présent dans certains fruits) et que l'autre est de l'acide fumarique (E)-but-2-ène-1,4 dioïque, mais afin de déterminer quel flacon contient quel acide, il est nécessaire de réaliser des expériences quant aux différences de propriétés physico-chimiques de ces stéréoisomères.

Extraits

[...] Poursuivre le titrage jusqu'à verser les 25mL d'hydroxyde de sodium. - Observer les courbes d'évolution de pH obtenues pour en déduire quelle solution acide correspond à quel isomère Résultats Détermination du point de fusion Solide A : La poudre ne fond pas en atteignant la température maximale (~260°C) Interprétation Solide B : La poudre fond à environ 150°C La température de fusion de l'acide « A » est supérieure à celle de l'acide « B ». En sachant que l'acide maléique peut établir des liaisons hydrogène intermoléculaires et intramoléculaires et que les liaisons intramoléculaires ont tendance à rendre plus fragiles les liaisons intermoléculaires, on peut en déduire que la température de fusion de la molécule est plus basse.Par ailleurs l'acide fumarique ne possède pas de liaisons intramoléculaires mais forme également des liaisons hydrogène intermoléculaires, ainsi une plus grande quantité d'énergie, et donc de hauteur de température, est nécessaire pour rompre ses liaisons H. [...]

[...] Voici une photographie du début des mesures Ph- métriques, avant le début du titrage avec du NAOH. Le Ph de l'acide « A » était à 2.47 et celui de l'acide « B » était à 2.15. Comme indiqué dans le fascicule de TP, l'un des isomères a deux valeurs de pKa très proches, donc en présence d'une quantité suffisante de base forte la réaction sera totale en un seul saut de pH car il donnera ses deux protons simultanément pour former A2-. [...]

[...] Voici les formes A2- des deux stéréoisomères suite au deuxième saut de pH : L'acide maléique a la forme A2- la moins stable car il y a désormais deux charges négatives à proximité l'une de l'autre. Donc l'acide maléique est le stéréoisomère ayant la forme AH- la plus stable et la forme A2- la moins stable, ses deux pKa sont éloignés et on observe effectivement deux saut de pH, l'acide « B » est l'acide maléique et l'acide « A » est l'acide fumarique, l'acide fumarique donne ses deux protons simultanément et on observe effectivement un seul saut de pH. [...]

[...] Le nombre de sauts de pH permet donc de déterminer quel acide correspond a quel flacon. Voici les courbes représentant le titrage des deux acides : D'après la courbe dpH/dV et avec la méthode des tangentes : Véq= mL Un seul saut de pH apparaît. D'après la courbe dpH/dV et avec la méthode des tangentes : Véq1 = 7,4 mL et Véq2 = 15,45 mL Deux sauts de pH apparaissent. Interprétation Une molécule avec un pKa1 faible donne ses protons plus facilement, et d'autant plus si la forme AH- est stable. [...]

[...] Des notions de calculs sont utilisées afin de déterminer des concentrations molaires. Protocoles Détermination du point de fusion - Étalonner le banc Kofler avec de l'acétylaniline - Déposer une petite quantité de solide issu du flacon sur la partie la plus froide de la plaque (à droite) et déplacer la poudre vers la gauche à l'aide d'une spatule en maintenant une ligne diagonale jusqu'à observer une fonte du solide - Remarquez le point de fusion à l'aide des graduations et de l'aiguille Détermination de la solubilité dans l'eau - Peser 0.75g de chaque stéréoisomères et les dissoudre dans l'eau - Les introduire dans une fiole jaugée de 50mL à l'aide d'un entonnoir 3 - Compléter la fiole avec de l'eau permutée jusqu'aux 2/3 - Retourner plusieurs fois la fiole afin d'accélérer la dissolution du solide - Compléter avec de l'eau jusqu'au trait de jauge puis agiter pour homogénéiser la solution 6 - Observer l'aspect des solutions Détermination des propriétés acido-basiques - Avec le NaOH, rincer la burette graduée puis la remplir - Rincer la pipette jaugée de 50mL avec la solution d'acide à doser - Prélever 50mL de la solution d'acide et l'introduire dans un bécher de 100mL - Introduire un barreau aimanté dans le bécher et le place sur un agitateur sous la burette 5 - Étalonner le pH mètre avec les solutions tampon pH4 et pH - Rincer et sécher la sonde du pH mètre 7 - Immerger la sonde dans le bécher - Activer l'agitateur en veillant à ce le barreau aimanté de percute pas le matériel - Débuter le titrage de l'acide avec des ajouts de soude de 1 mL et noter les valeurs de pH au fur et à mesure et tracer en même temps la courbe du pH selon le volume versé puis calculer ΔpH/ΔVversé pour chaque ajout. [...]