Appareil de Dean-Stark

Le piège Dean-Stark est utilisé pour déplacer l’équilibre des réactions organiques du côté du produit.

Selon le principe de Le Chrétien, un équilibre peut être conduit vers les produits en utilisant un excès de l’un des réactifs, en retirant continuellement l’un des produits, ou en modifiant la température ou la pression à laquelle la réaction est effectuée. Les réactions d’équilibre les plus courantes sont peut-être celles impliquant l’eau en tant que produit.

Comme indiqué précédemment, l’élimination de cette eau peut conduire la réaction à son achèvement. Un piège Dean-Stark est une pièce de verrerie spécialisée utilisée pour éliminer en continu l’eau formée lors d’une réaction chimique.

Cette vidéo illustrera les principes du piège Dean-Stark, une procédure de laboratoire dans laquelle l’appareil est utilisé, et plusieurs applications.

Des réactions telles que la conversion de l’acide boronique en ester entraînent la formation d’eau, qui peut hydrolyser l’ester en acide, diminuant ainsi le rendement global.

Au fur et à mesure que la réaction progresse, l’eau produite dans la réaction peut être retirée en continu du ballon à l’aide d’un piège Dean-Stark. Pour ce faire, ajoutez d’abord les composants de la réaction dans un flacon avec un hydrocarbure tel que le toluène et chauffez le mélange. Au fur et à mesure que la réaction progresse, l’eau est libérée. Maintenant, le toluène et l’eau, qui bouillent à 110 et 100 degrés, respectivement, forment un azéotrope, qui bout à 84 degrés. Lors du refroidissement dans le condenseur, les vapeurs de solvant se condensent à nouveau en liquide, qui s’égoutte dans le récipient de collecte du piège, et tout débordement est renvoyé dans le récipient de réaction.

Le mélange liquide condensé finit par se séparer en deux couches non miscibles, le composant le plus dense se trouvant au fond. Il s’agit généralement de la couche d’eau, qui est ensuite drainée. Le même processus se poursuit jusqu’à ce qu’il n’y ait plus d’eau produite, ce qui indique la fin de la réaction.

Maintenant que nous avons discuté des principes du piège Dean-Stark, examinons une procédure de laboratoire dans laquelle l’appareil est utilisé.

Dans cette procédure, nous ferons réagir un aldéhyde aromatique avec de l’éthylène glycol pour produire un groupe protecteur acétal, qui protège l’aldéhyde réactif contre d’autres réactions chimiques dans une synthèse en plusieurs étapes. Pour commencer, ajoutez à une fiole à fond rond de 250 ml un agitateur, 7,5 g de 3-nitrobenzaldéhyde, 75 ml de toluène et de l’éthylène glycol. Fixez ensuite le piège Dean-Stark au flacon et un condenseur à reflux sur le dessus du piège.

Abaissez le ballon et son contenu dans un bain d’huile, ouvrez l’eau dans le condenseur et remuez à 170 degrés. Laissez le mélange azéotropique se condenser et s’accumuler dans le piège, et continuez jusqu’à ce que la formation d’eau cesse. Une fois les deux couches séparées, mesurez la quantité d’eau produite et comparez-la au rendement théorique. Pour vérifier la fin de la réaction, passez le matériau de départ et les produits sur une plaque TLC.

Une fois la réaction terminée, retirez le ballon de la source de chaleur et laissez-le atteindre la température ambiante. Jetez le contenu du piège Dean-Stark, car il ne doit contenir aucun produit, et concentrez le contenu du ballon sous pression réduite à l’aide d’un évaporateur rotatif.

Pour éliminer les impuretés, dissolvez le résidu jaune dans 8 ml d’éthanol chaud et laissez-le refroidir à température ambiante, ce qui permet au produit de cristalliser. Ensuite, filtrez le solide, rincez-le à l’éthanol froid et séchez-le sous vide.

Maintenant que nous avons vu une procédure de laboratoire, examinons quelques applications pour lesquelles un piège Dean-Stark est utilisé.

Les énamines sont des composés de vinylamine substitués utiles pour former des liaisons carbone-carbone alpha aux groupes carbonyles. Les énamines sont préparées en chauffant une amine secondaire, telle que la pyrrolidine, et un aldéhyde ou une cétone, et en éliminant le sous-produit de l’eau à l’aide d’un piège Dean-Stark.

En plus de l’eau, un piège Dean-Stark peut être utilisé pour collecter d’autres composés. Ici, il a été utilisé pour recueillir le produit d’une réaction d’estérification entre l’acide benzoïque et le 1-butanol, qui est également le solvant de réaction. Le butanol-1 est non miscible et moins dense que le produit, et retourne dans le réacteur. Le produit d’estérification, qui est hydrophobe, est également facilement séparé du sous-produit de l’eau.

Une autre utilisation des pièges Dean-Stark est la détermination de la teneur en eau des denrées alimentaires. Pour ce faire, il suffit de placer une quantité connue de nourriture et de la faire bouillir dans un solvant hydrocarboné. Le volume d’eau recueilli à partir du distillat est mesuré et divisé par le poids de l’aliment pour calculer le pourcentage d’humidité.

Vous venez de regarder l’introduction de JoVE à Driving Equilibria avec Dean-Stark Traps. Vous devriez maintenant comprendre les principes des pièges Dean-Stark, comment effectuer une procédure de laboratoire et certaines de ses applications. Merci d’avoir regardé !