Le casse-tête de Cannizzaro Champlain-Lennoxville Catherine Filteau Patrick Draper

Champlain - Lennoxville Collège Anglophone 60% étudiants francophones en Sciences 1000 étudiants Programme Sciences de la Nature 215 étudiants dans le programme 100 nouveaux étudiants (automne 2002)

Intégration des apprentissages (00UU) 3 projets dans les cours optionels Cannizzaro: Chimie Organique I Recherche et laboratoire 55 étudiants 3 groupes de laboratoire Un projet en philosophie Les projets sont d’environ 10-15 heures. 15 % de la note du cours Les projets font partie d’un portfolio qui, avec une composition de 750 mots, devient l’épreuve synthèse. Cannizzaro: 2 semaines de laboratoires

Objectifs du programme Objectifs visés par le projet Cannizzaro Application des connaissances Aptitudes en sciences Résolution de problèmes Communication écrite Traitement de l’information Apprentissage autonome Travail d’équipe

Antécédents au projet En Classe: En Laboratoire: Réactivité des groupements carbonyles Condensation d’aldol En Laboratoire: Extraction liquide-liquide Recrystallisation Spectroscopie IR La réaction de Cannizzaro n’est pas discutée en classe. Le projet de Cannizzaro est fait vers le mois d’octobre (2/3 du cours) Groupement carbonyles (aldéhydes, cétones)

Casse-tête de Cannizzaro Objectif: Identification d’un aldéhyde inconnu à partir des produits obtenus lorsque l’aldéhyde subit la réaction de Cannizzaro (2 périodes de laboratoire) Réaction d’oxydoréduction (dismutation)

Recherche Préliminaire Mécanisme de la réaction de Cannizzaro Protocole et schéma de séparation Identification des produits Le projet est soumis aux étudiants 2 semaines avant la date de remise de la recherche préliminaire (date de remise environ 3 jours avant la première période de laboratoire) L’aldéhyde ne doit pas avoir d’hydrogène en position a Protocole d’extraction liquide-liquide des produits Identification

Laboratoire: 1ière semaine Courte procédure fournit (1 page) Liste d’inconnu possible Microverrerie Réaction (reflux 1h) Extraction liquide (CH2Cl2) Cahier de laboratoire Procédure adaptée de Pavia`s (Introduction to Organic Laboratory Techniques: A Microscale approach, 3rd Ed.) La procédure est remise aux étudiants environ 2 jours avant le laboratoire (mais seulement après la remise de la recherche préliminaire) Catalogue Aldrich (reflux de 1h) Extraction liquide: Phase organique: contient l’alcool et doit être séché, et évaporé (sous la hotte, 1sem) Phase aqueuse: contient l’acide qui sera récupéré par précipitation avec 12 M HCl. Les étudiants doivent savoir où se trouve les phases (en haut ou en bas). Les étudiants doivent indiquer dans leur cahier de laboratoire: observations, (couleurs, états, numéros d’inconnu, quantités utilisées...) procédure, table de données et résultats. Le cahier de laboratoire doit être fait à l’encre et chaque page daté. On ne doit pas enlever de page et on doit pouvoir lire toutes informations modifiées.

Laboratoire: 2ième semaine Alcool: liquid, spectre IR Acid: recrystallisation, séchage, p.f. Le spectre IR de l’alcool habituellement démontre la présence d’aldéhyde non réagit. Perkin Elmer FTIR. Si l’alcool est un solide, le spectre se fait avec du Nujol Pour l’acide, chaque équipe reçoit de l’information pour le solvant de recrystallisation (ex: 20 % ethanol / 80% eau, 15 mL pour 0.49 g) Séchage dans une étuve à 90 C pour environ 30-45 min. Les étudiants mesurent le poids de chaque produit obtenus et calculent le rendement de la réaction.

Aldéhydes possibles Caractéristiques de l ’acide Benzaldéhyde o-méthoxybenzaldéhyde * p-méthoxybenzaldéhyde (EtOH/H2O) p.f. 182-185oC m-nitrobenzaldéhyde o-chlorobenzaldéhyde (H2O) p.f. 138-140oC m-chlorobenzaldéhyde p-chlorobenzaldéhyde 2,3-diméthoxybenzaldéhyde 3,4-diméthoxybenzaldéhyde (EtOH/H2O) p.f. 179-182oC p-éthoxybenzaldéhyde (EtOH/H2O) p.f. 197-199oC Les étudiants utilisent les informations de leur produits (p.f. de l’acide, IR de l’alcool, état de l’aldehyde initiale) pour déterminer leur inconnu. Les étudiants ne pensent pas de regarder l’état de l’aldehyde initiale (dans Aldrich) afin de confirmer l’identification de leur inconnu. Mais dans un cas, c’est l’information nécessaire à l’identification. (4-méthoxybenzaldehyde (l), 3,4-dimethoxybenzaldehyde (s)) o-methoxybenzaldehyde a été utilisé, mais l’acide est un peu trop soluble dans la phase aqueuse acidifié et a causé des problèmes à 2 équipes.

Rapport de Laboratoire Le rapport de laboratoire doit être fait à l’ordinateur Discussion des questions de recherche Réactions d’oxydoréduction biologiques Toxicité et traitement de l’empoisonnement à l’éthylène glycol Utilisation des feuillets de sécurité:MSDS Rapport de laboratoire:(Date de remise environ 10 jours après la 2ieme période de laboratoire) Objectifs Procédure Résultats, tableaux de données Discussion des résultats et questions de recherche Conclusion Livre utilisé: McMurry (5th). Ce livre démontre bien la relation du transfer d’ion hydrure dans la réaction de cannizzaro et les procédés biologiques d’oxydoréduction.

Évaluation Recherche préliminaire 2 Cahier de laboratoire 2.5 Résultats 5.5 Rapport de laboratoire 4 Évaluation par le coéquipier 1 Total 15 Rapport de laboratoire inclu les questions de recherche (1.3 / 4.0)

Résultats Rendements d’acide et d’alcool IR de l’alcool: aldéhyde non réagit Rendement de recrystallisation Préparation et responsabilité accrue Cahier de laboratoire Laboratoire (1ière semaine) long IR: les étudiants ne voient pas l’aldéhyde non réagit. Pourquoi: Quantité de méthanol? Un solvant différent? Temps de reflux? Dépend de l’inconnu? Non Les étudiants apprécient (même si c’est difficile) de décider du protocole. Les étudiants ne savent pas quoi inscrire dans leur cahier de laboratoire. Des informations importantes manquent (poids obtenus de l’acide, alcool)(modification au protocole).

Perspectives Examen de laboratoire Conditions de recrystallisation Spectroscopie RMN Questions de recherche Chromatographie pour suivre la réaction (CCM) Ce projet peut-être adapté facilement à d’autres situations (pas d’IR, RMN disponible...). Avec un peu plus de temps disponible, les étudiants pourraient décider du solvant de recrystallisation en utilisant le “Handbook of Chemistry and Physics”. Les questions de recherche peuvent être adaptées / modifiées à chaque année. La réaction pourrait être suivit par CCM

Objectifs du programme Application des connaissances Aptitudes en sciences Résolution de problèmes Communication écrite Traitement de l’information Apprentissage autonome Travail d’équipe Application des connaissances: réaction inconnue mais réactivité des composés carbonyles connue. Aptitudes en sciences: tenue de cahier de laboratoire, design de protocole. Interpréter des résultats expérimentaux et en tirer des conclusions logiques Résolution de problèmes: trouver la manière de déterminer leur inconnu et défendre leur conclusion Communication écrite: recherche préliminaire, rapport final Traitement de l’information: rapport final fait à l ’ordinateur, références Apprentissage autonome: recherche préliminaire et rapport final Travail d’équipe: spécialement la première semaine de laboratoire.

Remerciements Mme Lucie Bouffard Mme Suzanne Girard Bob Perkins Étudiants du cours de chimie Organique I APSQ-Saut Quantique