RV-ENCPB 1/7 Chromatographie d’adsorption 1. Facteurs intervenant dans la chrom

RV-ENCPB 1/7 Chromatographie d’adsorption 1. Facteurs intervenant dans la chromatographie d’adsorption 1.1. Adsorbants. Les adsorbants sont des solides très divisés (l'adsorption étant un phénomène de surface, il faut que l'adsorbant présente la plus grande surface utile possible) :1 g d'alumine pour chromatographie représente une surface de l'ordre de 100 m2. La qualité d'un adsorbant dépend de sa pureté, de sa surface, de son homogénéité, de sa teneur en eau. Il est caractérisé par les critères suivants :  la capacité d'adsorption ; on distingue les adsorbants faibles (à faible capacité d'adsorption), comme le talc ou le carbonate de sodium et les adsorbants forts (à forte capacité d'adsorption) comme le gel de silice ou l'alumine.  la polarité ; certains adsorbants présentent une forte polarité, comme le gel de silice ou l'alumine, tandis que d'autres, au contraire, ont une faible polarité comme le charbon actif.  la granulométrie ; un adsorbant présentant une granulométrie faible assure une meilleure séparation mais par contre, celle-ci se fait beaucoup plus lentement. Principaux adsorbants employés en chromatographie Papier, cellulose Kieselguhr,terre de diatomées Amidon Sucres Talc Carbonate de sodium Oxyde de magnésium Gel de silice Alumine Charbon activé forces d'interactions croissantes avec les composés polaires Le gel de silice est l’adsorbant le plus utilisé et le plus rentable à essayer en premier lieu pour séparer des composés neutres contenant un ou deux groupes fonctionnels. Par contre, pour séparer des bases, il est préférable d’utiliser de l’alumine plus basique que la silice. Ces deux adsorbants se trouvent dans le commerce additionnés d’une substance qui permet une visualisation des dépôts sous U.V. 1.2. Solvants ou éluants. Le pouvoir éluant d'un solvant dépend de sa polarité. Plus un éluant est polaire, plus il entraînera facilement une substance polaire. En revanche, un solvant apolaire possèdera un mauvais pouvoir éluant vis à vis des substances polaires mais entraînera facilement un constituant apolaire. On utilise soit un solvant pur soit un mélange de plusieurs solvants de façon à « ajuster » son pouvoir éluant au système chromatographique étudié. Série éluotropique des solvants Ether de pétrole Cyclohexane Toluène Dichlorométhane Ethoxyéthane Ethanoate d'éthyle Propanone Propan-1-ol Ethanol Méthanol Eau Acide acétique « pouvoir éluant » croissant ; polarité croissante 1.3. Interactions substance-adsorbant et substance-éluant Les interactions substance-adsorbant correspondent essentiellement à l'établissement de liaisons du type dipôle-dipôle, dipôle-ion ou de liaisons de Van der Waals. En général, plus un adsorbant est polaire, plus il fixe les substances polaires. Les interactions substance-éluant sont de deux types : RV-ENCPB 2/7  dissolution de la substance par l'éluant : les substances ont tendance à se dissoudre dans l'éluant et à migrer avec lui. C'est ce phénomène qui est prépondérant dans le cas de solvants peu polaires (hydrocarbures, éther, composés carbonylés).  déplacement des molécules adsorbées par l'éluant : les molécules d'éluant recherchent les mêmes sites d'adsorption que les molécules de la substance adsorbée et « déplacent » ces dernières. C'est ce phénomène qui est prépondérant dans le cas de solvants polaires et protogènes (alcools, eau, acides). 2. Etude de quelques techniques de chromatographie 2.1 Chromatographie sur couche mince (CCM) Cette méthode de chromatographie, très répandue au laboratoire et très facile à mettre en oeuvre, repose sur des phénomènes d'adsorption. a. Matériels - Phase mobile : on emploie un solvant ou un mélange de plusieurs solvants - Phase stationnaire : on emploie un adsorbant (gel de silice, d'alumine de cellulose...) mélangé à un liant et uniformément étalé sur une plaque de verre, d'aluminium ou un support plastique. b. Principe de la technique La cuve contenant l'éluant est saturée en vapeurs d'éluant. Cette saturation a pour but de limiter l'évaporation de la phase mobile depuis la plaque lors de la migration de l'éluant et des constituants du mélange. Les dépôts sont effectués sous forme de petites taches à l'aide d'un capillaire. Pour augmenter la quantité de mélange déposée, on effectue plusieurs dépôts au même point, en séchant (de façon à évaporer le solvant) entre deux dépôts successifs. Lorsque la plaque est placée dans la cuve, l'éluant monte le long de la plaque essentiellement par capillarité. Chaque constituant du mélange migre à sa propre vitesse (un constituant de faible polarité migre en général plus rapidement qu'un constituant de forte polarité). Cette phase de la CCM se nomme développement du chromatogramme. En fin de développement, les spots (traces des constituants du mélange) sont révélés. c. Applications de la CCM. Cette technique ne requiert que quelques microgrammes d'échantillon et est utilisée principalement dans les cas suivants : - contrôle de la pureté d'un composé organique - suivi de la progression d'une réaction chimique - recherche du meilleur éluant avant de faire une séparation par chromatographie sur colonne - identification des constituants d'un mélange. d. Choix de l'éluant Le choix d'un éluant est fait selon les critères suivants : - un éluant qui entraîne tous les constituants du mélange est trop polaire - un éluant qui empêche leur migration n'est pas assez polaire Le meilleur éluant, pour un constituant donné, est celui qui, lorsqu'il a terminé sa migration, a entraîné ce constituant à une distance d'environ la moitié de celle qu'il a parcourue. e. Technique de la CCM Voir TP précédents. RV-ENCPB 3/7 f. Influence de divers facteurs sur la qualité de la séparation Polarité de l’éluant. Pour chacune des plaques représentées ci-dessous, A est l’acide benzoïque PhCOOH, composé polaire et B est le biphényle PhPh qui est un composé apolaire. L’acide benzoïque polaire aura des interactions fortes avec le gel de silice qui est un adsorbant polaire alors que le biphényle sera peu retenu par le gel de silice. (1) (2) (3) (4) (5) (6) plaque (1) : l’éluant est un mélange acétone / cyclohexane 1/1 en volumes  plaque (2) : l’éluant est un mélange acétone / cyclohexane 1/1 + 2 gouttes d’acide acétique ; l’éluant est plus polaire que le précédent et entraîne plus l’acide benzoïque  plaque (3) : l’éluant est un mélange acétone / cyclohexane 1/1 + 10 gouttes d’acide acétique ; la polarité de l’éluant a augmenté, l’acide benzoïque migre plus mais la séparation devient moins bonne  plaque (4) : l’éluant est un mélange acétate d’éthyle / cyclohexane 1/1 en volumes ; ce mélange est moins polaire que celui utilisé pour la plaque (1), le biphényle est mieux entraîné  plaque (5) : l’éluant est un mélange propan-2-ol / cyclohexane 1/1 en volumes ; l’éluant utilisé est trop polaire et les deux composés ne sont pas suffisamment séparés  plaque (6) : l’éluant est un mélange dichlorométhane / cyclohexane 1/1 en volumes ; l’éluant, trop peu polaire n’entraîne quasiment pas l’acide benzoïque Polarité du soluté. Pour la plaque représentée ci-dessous, l’éluant est un mélange dichlorométhane / cyclohexane 1/1 en volumes A : alcool benzylique PhCH2OH B : benzaldéhyde PhCOH C : benzophénone PhCOPh D : acétophénone PhCOCH3 E : benzoate d’éthyle PhCOOC2H5 F : acide benzoïque PhCOOH Plus un composé est polaire, plus il est retenu par le gel de silice polaire lui aussi. Polarité du solvant. Pour la plaque représentée ci-dessous, l’éluant est un mélange toluène / méthanol 1/1 en volumes +6 gouttes d’acide acétique A et B : le solvant est l’acide acétique A : benzaldéhyde PhCOH B : acide cinnamique PhCHCHCOOH C et D : le solvant est le toluène C : benzaldéhyde PhCOH D : acide cinnamique PhCHCHCOOH RV-ENCPB 4/7 2.2. Chromatographie sur colonne. Contrairement à la CCM, la chromatographie sur colonne est une méthode préparative qui permet de séparer et d'isoler les constituants d'un mélange. Cette méthode présente plusieurs inconvénients :  elle nécessite une grande quantité d'éluant  la durée de l'élution est en général très grande (au minimum, plusieurs heures)  il est indispensable de coupler cette chromatographie avec d'autres méthodes de façon à pouvoir détecter les constituants du mélange. a. Description succincte La chromatographie sur colonne est une technique fondée principalement sur des phénomènes d'adsorption :  phase stationnaire : alumine ou silice remplissant une colonne de longueur et de section variables  le mélange, en solution très concentrée, est déposé au sommet de la colonne  la séparation des constituants du mélange résulte de l'écoulement continu d'un éluant à travers la colonne par gravité. Dans la technique classique, l'éluant est un solvant unique mais on peut accroître progressivement la polarité de l'éluant de façon à accélérer le déplacement des constituants du mélange. b. Principe de la technique Le principe de la chromatographie sur colonne est le même que celui de CCM D'une part, les substances les plus polaires sont fortement retenues par l'adsorbant, d'autre part, les solvants polaires entraînent facilement les constituants les plus polaires. Pour tout constituant du mélange, il s'établit un équilibre de distribution entre l'adsorbant et l'éluant, la proportion des molécules adsorbées dépendant de leur nature et du pouvoir de dissolution de l'éluant. Lorsque le mélange (souvent nommé échantillon) est déposé au sommet de la colonne, il est aussitôt adsorbé en une zone cylindrique de faible épaisseur. L'écoulement continu de l'éluant dans la colonne provoque alternativement la désorption et l'adsorption des molécules des différents constituants du uploads/Politique/ 08-chromatographie-adsorption-ccm-colonnes.pdf

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Politiquecolonne constituants mélange polaire solvant
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