Nom d’étudiants d’étudiants : TRAN Thi Khanh Minh
UE CHM30006L: POLYMERES COMPTE RENDU – 05/04/2012 TP3: CALCUL DE DEGRE DE N-ACETYLATION DU CHITOSANE PAR 1 SPECTROMETRIES IR ET RMN H I.
BUT DU TP
La structure du chitine
La structure du chitosane
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Le chitosane est préparée par la désacétylation (hydrolyse la fonction amide dans un milieu acide ou basique) de la chitine. Il reste un taux de N-acétylation duquel dépendent les propriétés physico-chimiques et mécaniques du chitosane. Il est généralement inférieur à 30% pour que le chitosane soit soluble dans l’eau. Le but de ce TP : calculer le degré de N-acétylation N -acétylation résiduel du chitosane chitosa ne par deux méthodes : 1 spectrométrie Infra-rouge et RMN H.
II.
PRINCIPE DU TP
La Spectroscopie Infrarouge est basée sur l'absorption d'un rayonnement infrarouge par le matériau analysé. Les rayonnements vont traverser le matériau dans lequel ils sont absorbés à certaines longueurs d’onde correspondantes à des vibrations des liaisons du matériau. On obtient le spectre de l’absorbance -1 (A=log(Io/I)) en fonction de nombre d’onde (en cm ). Le spectre infrarouge de polymère s’avère de qualité supérieur à celui d’une pastille KBr réalisé avec le même polymère réduit en poudre. Donc la première chose à faire est de préparer les films de chitosane. Pour filmifier un polymère, il faut qu’il existe sous forme de solution, c’est qu’il doit être ionisé pour ionisé pour se solubiliser dans l’eau. Dans le cas du chitosane, la fonction amine doit être ionisée dans un milieu aqueux acide (ici on utilise acide acétique). Après Après l’étape l’étape de mise en solution, la solution de polymère va être étalée sur un support puis évaporer le solvant pour former le film. Ensuite, ce film va être traité par un milieu basique pour que le chitosane se + + retouve sous la forme NH 2 et pas NH3 parce que les bandes NH 3 superpose celles de la fonction amide dans l’IR.
A partir du spectre IR du chitosane, la méthode de Miya va nous permettre de calculer le taux de Nacétylation.
La spectrométrie de Résonance Magnétique Nucléaire (RMN) est basée sur des propriétés magnétiques 1 des noyaux. Dans le spectre RMN H, les signaux sont quantitatifs, la surface d’un signal toujours proportionnelle au nombre de protons de ce signal. Ce fait nous permet de déterminer les quantités des types de protons différents et calculer le taux de N-acétylation du chitosane. L’analyse est effectuée par préférence dans un solvant deutéré. La méthode Hiral va nous permettre de calculer le taux de N-acétylation III. MANIPULATIONS – ANALYSES 1) Préparation des films de chitosane : Il dispose de 2 types de chitosane dans la salle de TP : les chitosanes de lot 222 et de lot 1503 - Peser chacun de ces 2 chitosanes dans les fioles : m222 = 169 g m1503 = 171 g 1 ml de l’acide acétique (CH3COOH) - Sous la hotte, ajouter dans chaque fiole : 10 ml de l’eau distillée 1 barreau aimanté - Mettre sous agitation jusqu’à dissolution totale. - A l’aide d’une pipette, étaler chaque solution de polymère sur une coupelle en polystyrène. Il ne faut pas utiliser les coupelles en verre pour éviter des fortes interactions avec le polymère (dans le verre il y a des groupements Si-OH qui peuvent faire les liaisons H avec la fonction amine). o - Placer les coupelles dans l’étuve à vide à 50 C pendant 1 heure pour évaporer tous les solvants.
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Pour protéger la pompe à vide, il faut condenser les vapeurs des solvants par un système de condensation dans N2 liquide. Le séchage sous vide peut créer les bulles dans les films de polymères, il suffit de casser le vide pour faire tomber les bulles. Après avoir enlevé du solvant, les films sont récupérés par la pince et trempés dans une solution NH4OH/MeOH pendant 10 minutes.
Observation : les films ont tendance à resserrer, devenir plus épais. Sortir les films et les déposer sur les coupelles en verre. Rincer les films abondamment à l’eau (3 fois) puis les étaler au maximum sur les coupelles en verre. o Placer ces coupelles dans l’étuve ả vide à 80 C pendant 20 minutes pour sécher. Récupérer les films de polymère par la pince et les attacher dans un support en papier. Remarque : le film du chitosane 222 est plus facile à enlever de la coupelle que celui de chitosane 1503.
2) Analyses IR-TF : On utilise la méthode de Miya. Cette méthode consiste à considérer le rapport des absorbances : -1 - Des bandes ~ 1650 cm : bande de vibration d’élongation de C=O amide -1 - Des bandes ~ 2800-2900 cm : bande de vibration d’élongation des C-H Puisque les liaisons C-H se présentent dans toutes les molécules (chitosane, chitine), on les sert comme une référence interne, donc le rapport de deux absorbances signifie le taux de N-acétylation qui ne dépend plus de l’épaisseur du film de chitosane étudié. Les spectres IR sont enregistrés à l’aide de l’appareil de marque… . Il est r églé d’abord par un spectre de background fait avec 16 scans à l’air. Une fois les spectres sont obtenus, il faut tracer manuellement sur l’appareil la ligne de base pour savoir l’aire sous le pic. On a fait les analyses des films disposé s dans la salle de TP et des films qu’on a pr éparés. IV.
RESULTATS 1) Analyse IR-TF Polymère A 07 A 32 A 40 Chitosane 222 Chitosane 1530
Bande C-H 50,17 93,48 58,32 39,15 13,47
Bande C=O 13,57 7,00 4,78 7,25 3,97
Rapport A(C=O)/A(C-H) 0,27 0,07 0,08 0,19 0,29
D’apr ès la courbe d’étalonnage donnée dans le fascicule de TP (Annexe 1), on peut trouver le taux de désacétylation puis en déduire le taux d’acétylation. Polymère Rapport Taux de désacétylation(%) (100 – DA) DA(%) A 07 0,27 A 32 0,07 A 40 0,08 Chitosane 222 0,19 Chitosane 1530 0,29 Remarque : Lors de l’analyse du film de chitosane 1530, on a observé une perturbation du au lavage insuffisant. 1
2) Spectre RMN H : Le spectre RMN du chitosane (Annexe 2) comprend les résonances
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des protons H1 à 5,3 – 5,4 ppm du massif A : des protons H2 des unités acétylés + H3 à H6 (en particulier 2 protons H6) à 4,0 – 4,5 ppm du massif B : des protons H2 des unités désacétylés à 3,6 ppm des protons du CH3 de l’acétyle à 2,5 ppm
Le degré de N-acétylation (DA) est calculé à partir du rapport :
() ∑
Puisque l’aire des signaux est quantitative, le rapport là-dessus est aussi celui entre le nombre des molécules de chitosane acétylés et le nombre total des molécules de chitosane. D’apr ès le spectre : -
la hauteur de l’intégrale des CH3 est de 3,6326 la hauteur de l’intégrale de l’ensemble des signaux des H1, massif A et massif B est de 700,00, comme il y a dans cet ensemble 7 protons alors
On a :
∑
() [ ]
V.
COMMENTAIRES En comparant deux méthodes utilisées pour dé terminer le taux d’acétylation du polymère, on constate que : - l’analyse par l’IR est la méthode plus rapide (une analyse de 16 scans dure environ une minute) mais elle n’est pas pr écise car la mesure est facilement perturbée par la composition de l’air. - l’analyse par RMN est plus précise mais plus long et cher.
VI.
CONCLUSION
