synthese d'une espece chimique et identification - Pierron

Document du professeur 1/8Niveau 2 deTHEME : LA SANTEPhysique – ChimieSYNTHESE D’UNE ESPECE CHIMIQUEET IDENTIFICATIONProgramme : BO n° 4 du 29 avril 2010LA SANTENOTIONS ET CONTENUSCOMPETENCES ATTENDUESLes médicaments : un médicament générique et un médicament « princeps » contiennent un mêmeprincipe actif mais se différencient par leur formulation.Synthèse d’une espèce chimique.Densité, masse volumique.Déterminer la masse d’un échantillon à partir de sadensité, de sa masse volumique.Déterminer une quantité de matière connaissant lamasse d’un solide ou le volume d’un liquide.Mettre en œuvre un protocole expérimental pourréaliser la synthèse d'une molécule et sonidentification.Pré requis :o Réaliser une filtrationo Utiliser le vocabulaire spécifique à la dissolution et à la miscibilité (soluté, solvant, solutionsaturée, soluble, insoluble, miscible, non-miscible)Mots-cléo Synthèseo Chauffage à refluxo Réfrigérant à eauo Filtrationo Chromatographieo Elutiono Révélationo Rapport frontalo Mélangeo Espèce chimique pure© PIERRON 2011 Synthèse d’une espèce chimique et identification (page 1)

Document du professeur 2/8Liste de matérielPoste élèveo Fiole erlenmeyer 19/26 Ref. 08794o Réfrigérant de Liebig 19/26 Ref. 08777o Tubes souples Ref. 00446o Cristallisoir Ref. 06561o Agitateur magnétique chauffant Ref. 14989o Barreau aimanté Ref. 15027o Thermomètre Ref. 00839o Support statif Ref. 00698o Noix Ref. 00165o Pince Ref. 00181o Balance à 0,1 g Ref. 06089o Coupelle de pesée Ref. 13439o Spatule Ref. 06652o Eprouvette graduée de 50 Ml Ref. 08658o Pierre ponce Ref. 01658980o Hotte aspirante Ref. 10500691o Agitateur en verre Ref. 06500o Trompe à vide Ref. 00409o Filtre Ref. 07386o Büchner Ref. 06852o Cône d’étanchéité Ref. 04709o Fiole à vide Ref. 06586o Papier filtre Ref. 07240o Cuve de chromatographie (+ couvercle) Ref. 06759o Plaque de silice sur support polyester sensible aux rayons UV Ref. 06492o Pipettes Pasteur Ref. 06887o Tétine en caoutchouc Ref. 91246o Séchoir Ref. 13238o Blouse de laboratoire Ref. 91715o Gants Ref. 91693o Lampe UV Ref. 13728o Flacon contenant l’éluant Ref. 06725o Mortier Ref. 00115o Pilon Ref. 00199o Anhydride éthanoïque Ref. 01099980o Acide sulfurique concentré Ref. 01048980o Acide salicylique Ref. 01045250o Cyclohexane Ref. 01320980o Acide méthanoïque Ref. 01030980o Aspirineo Ethanoate de butyle Ref. 01247980o Glaceo Eauo Crayon à papiero RègleRemarques, astuceso La signification des termes « antalgique » et « antipyrétique » par l’élève peut-êtreobtenue à l’aide :- d’un document annexe- du livre de l’élèvePIERRON 2011 Synthèse d’une espèce chimique et identification (page 2)

Document du professeur 3/8- d’un moteur de recherche sur internet en salle pupitreo Lors de la synthèse de l’aspirine, l’erlenmeyer doit absolument être bien sec pouréviter l’hydrolyse de l’anhydride éthanoïque suivant une réaction rapide et totale.o Le bain-marie est préparé à l’avance, il suffit d’introduire de l’eau très chaude (60°C)dans le cristallisoir et de maintenir la température à l’aide de la plaque chauffante.o Pendant la durée de la synthèse de l’aspirine, l’élève répond aux questions a, b, c, d et edu protocole de l’activité 1.o L’eau glacée nécessaire à la séparation de l’aspirine peut-être obtenue en plaçant despissettes d’eau distillée au réfrigérateur avant la séance de TP.o Pour la préparation de l’éluant nécessaire à la chromatographie, réaliser dans unflacon de 250 mL, une solution contenant 120 mL d’acétate de butyle, 80 mL decyclohexane et 20 mL de d’acide méthanoïque.o Pour saturer l’atmosphère de la cuve en vapeur d’éluant, on appliquera un papierfiltre verticalement contre la paroi puis on versera l’éluant.o Le cyclohexane est un solvant toxique, cela peut donner lieu à un rappel oral surl’utilisation des pictogrammes. L’utilisation du cyclohexane est réalisée sous hotteaspirante en utilisant des gants.o Pour obtenir un meilleur résultat lors des chromatographies, on peut sécher lesplaques de chromatographie dans une étuve quelques minutes.o En l’absence d’étuves et de sèche-cheveux, les radiateurs de la salle de classe ou unefenêtre entrouverte peuvent permettre un séchage satisfaisant des plaques dechromatographie après élution.o Pour réaliser les dépôts A, B et C lors de la chromatographie, on dilue dans 1 mLd’acétate de butyle une petite quantité de solide (une pointe de spatule) pour ne passaturer la couche de silice.o Pendant la durée de l’élution, l’élève répond aux questions a et b du paragraphe 2 del’activité 1 ainsi qu’à la conclusion de cette activité.Prolongementso Activité documentaire sur l’histoire de l’apirineL'écorce de saule est connue depuis l'Antiquité pour ses vertus curatives. Hippocratemédecin grec, conseillait déjà une préparation à partir de l'écorce du saule blanc poursoulager les douleurs et les fièvres.En 1763, le pasteur Edward STONE présente un mémoire devant la Royal MedicineSociety sur l'utilisation thérapeutique de décoctions de l'écorce du saule blanc contre lafièvre.En 1829, Pierre-Joseph LEROUX, un pharmacien français, après avoir fait bouillir de lapoudre d'écorce de saule blanc dans de l'eau, tente de concentrer sa préparation ; il en résultedes cristaux solubles qu'il baptise salicyline (de salix en latin qui signifie saule).Puis des scientifiques allemands purifient cette substance active, d'abord appelée salicyline,puis acide salicylique.PIERRON 2011 Synthèse d’une espèce chimique et identification (page 3)

Document du professeur 5/8a. Compléter le tableau ci-dessous en reliant chaque numéro à l’élément correspondant :1 ● ● Agitateur chauffant2 ● ● cristallisoir3 ● ● Réfrigérant à eau4 ● ● Arrivée d’eau5 ● ● Erlenmeyer6 ● ● Thermomètre7 ● ● Sortie d’eaub. Quel est le rôle de la pierre ponce ?La pierre ponce permet de mieux réguler l'ébullition.c. Quel est le rôle du chauffage à reflux ?Le chauffage à reflux permet d’opérer à température maximale, ainsi la réaction chimiques’effectue plus rapidement ce qui permet au chimiste de gagner du temps.d. Quel est le rôle du réfrigérant à eau ?Le réfrigérant à eau permet de condenser les vapeurs qui s’échappent de l’erlenmeyer et ainsiéviter toute perte de matière.e. Sachant que l’acide sulfurique est un catalyseur qui permet d’accélérer la réaction, quels sont lesréactifs utilisés pour réaliser la synthèse de l’aspirine ?Les réactifs sont l’acide salicylique et l’anhydride éthanoïque2. Séparation de l’acide acétylsalicyliqueRetirer l’erlenmeyer du bain-marie et verser avecprécaution par le sommet du réfrigérant, environ 30 mLd’eau distillée froide, ceci dans le but d’éliminerl’anhydride éthanoïque qui n’a pas réagi en letransformant en acide éthanoïque.Ôter le réfrigérant et agiter jusqu’à apparition des premierscristaux d’aspirine.Ajouter à nouveau 30 mL d’eau glacée dans l’erlenmeyeret placer ce dernier dans un bain eau-glace pendantquelques minutes.Filtrer sur büchner en rinçant à l’eau distillée glacée.Essorer les cristaux et les récupérer dans une coupelle.PIERRON 2011 Synthèse d’une espèce chimique et identification (page 5)

Document du professeur 6/8a. Annoter le schéma de la filtration sur Büchner ci-dessus à l’aide des termes :Filtrat, fiole à vide, büchner, aspirine, papier filtre.b. Pourquoi l’aspirine cristallise-t-elle lorsqu’on ajoute de l’eau glacée ?L’aspirine cristallise lorsqu’on ajoute de l’eau car l’aspirine est peu soluble dans l’eau. Lephénomène est accentué avec de l’eau glacée car la solubilité d’une espèce chimique diminue avecla température.3. Conclusion : Compléter la réaction chimique ci-dessous :Acide salicylique + anhydride éthanoïque → acide acétylsalicylique + acide éthanoïqueACTIVITÉ 2 : Identification de l’aspirine par chromatographie1. Préparation de la cuve de chromatographie :Dans une cuve à chromatographie, verser l’éluant sur une hauteur de 1 cm. Couvrir la cuve.L’éluant utilisé ici est une solution formée par le mélange de 60 mL d’acétate de butyle, 40 mL decyclohexane et de 10 mL d’acide méthanoïque.2. Préparation de la plaque de chromatographie :♦ Prendre une plaque de silice sur support polyester sensible aux rayons ultra-violets, notés U.V.ATTENTION À NE PAS POSER LES DOIGTS SUR LA PLAQUE DE SILICE.♦ Tracer au crayon un trait fin parallèle au bord inférieur de la plaque à une hauteur de 2 cm :c’est la ligne de dépot.♦ Y repérer trois positions équidistantes, notées A, B et C.♦ Déposer :- en A : une petite goutte du produit synthétisé mis en solution dans l’acétate de butyle,- en B : une petite goutte d’aspirine pure mise en solution dans l’acétate de butyle,- en C : une petite goutte d’acide salicylique mis en solution dans l’acétate de butyle.♦ Après chaque dépôt, sécher rapidement à l’aide d’un sèche-cheveux.3. Elution :Descendre la plaque dans la cuve de chromatographie : la technique choisie permet aux tachesdéposées de rester au-dessus de l’éluant.Lorsque l’éluant est à 1 cm environ du bord supérieur, sortir la plaque et noter, à l’aide d’un crayon,le niveau de l’éluant : c’est le front de l’éluant. Sécher à l’aide d’un sèche-cheveux.PIERRON 2011 Synthèse d’une espèce chimique et identification (page 6)

Document du professeur 7/84. Révélation :Les composés déposés ici sont incolores, il faut les révéler pour pouvoir analyser lechromatogramme.Placer la plaque obtenue sous une lampe à U.V et cercler les tâches ainsi révélées.5. Analyse :a. Dessiner la plaque et les tâches obtenues à l’échelle 1.b. Le produit synthétisé contient-il de l’aspirine ? JustifierLe produit synthétisé donne deux taches. L’une est située au même niveau que celle obtenueavec l’aspirine pure. Le produit synthétisé contient donc de l’aspirine ;c. Le produit synthétisé est-il de l’aspirine pure ? JustifierNon. Le produit synthétisé donnant deux taches, il est donc constitué d’un mélange de deuxespèces chimiques. La seconde tache est située au même niveau que celle obtenue avecl’acide salicylique. Le produit synthétisé est donc constitué d’aspirine et d’acide salicylique.d. Calculer les rapports frontaux de l’aspirine et de l’acide salicylique ?R f (aspirine) = 2,6/4,3 = 0,60 ; R f (acide salicylique) = 3,5/4,3 = 0,81PIERRON 2011 Synthèse d’une espèce chimique et identification (page 7)

Document du professeur 8/8e. La température de fusion du produit synthétisé est 138°C alors que celle de l’aspirine est136°C. Le résultat de la chromatographie permet-il d’expliquer cette différence ?Oui car la différence observée sur la température de fusion montre, comme le résultat de lachromatographie, que le produit synthétisé n’est pas de l’aspirine pure.PIERRON 2011 Synthèse d’une espèce chimique et identification (page 8)