Chimie Attention ! Sujet-I- L'Aspirine (8 pts) - Sioufi

Collège des Saints-Cœurs Examen 2- Avril 2012SioufiClasses : TSM , TSVDurée : 90 min.ChimieAttention !L’usage d’une calculatrice NON PROGRAMMABLE est autoriséLa présentation est de rigueurL’épreuve comporte 5 pages. La page 5 est à rendre avec la copieSujet-I- L’Aspirine (8 pts)Les parties, I, II et III sont indépendantesDonnées:• Masses molaires:- de l’acide salicylique: M ac = 138 g.mol -1 ,- de l’anhydride acétique (ou éthanoïque) : M anh = 102 g.mol -1 ,- de l’aspirine : M asp = 180 g.mol -1 ’• Masse volumique de l’anhydride acétique(ou éthanoïque) : ρ =1,08 g.mL -1 .Partie I- Structure et formulation (3¼ pts)L’histoire de l’aspirine débute il y a 2000 ans, chez les Sumériens, qui utilisaient les feuilles deSaule pour soigner les fièvres et les douleurs. Vers 400 ans avant J.-C., Hippocrate préconise desinfusions de feuilles de saule pour soulager les douleurs d’accouchement et la fièvre.Mais cen’est qu’au début du XIX e siècle, grâce aux progrès des techniques d’extraction et d’analyse, quel’on va identifier les molécules responsables des propriétés thérapeutiques de différentessubstances naturelles, utilisées jusqu’alors de manière empirique.En 1825, M. Fontana isole la salicine, extraite du saule blanc (salix alba).En 1838, R. Piria synthétise l’acide salicylique, plus efficace que la salicine mais beaucoup plusagressif pour l’estomac.En 1877, G. de Sée lance l’usage thérapeutique du salicylate de sodium, mieux toléré mais trèsamer.En 1897, la société Bayer commercialise, sous le nom d’aspirine, l’acide acétylsalicylique quiavait été synthétisé, dès 1853, par C.F. Gerhardt à partir de l’acide salicylique. Le procédé a étémis au point par F.Hoffmann.1. Donner le nom des groupes caractéristiques encadrés dans les formules (se trouvant dansl’annexe) de : a) la salicine ; b) l’acide salicylique ; c) l’acide acétylsalicylique.2. L’acide salicylique possède une base conjuguée, l’ion salicylate, mentionné dans le texte.Donner sa formule topologique.3. De la même manière, l’acide acétylsalicylique ou aspirine, possède une base conjuguée, l’ionacétylsalicylate. Le couple, qu’on notera plus simplement HA /A - possède un pK A de 3,5.3.1 Tracer son diagramme de prédominance.3.2 Sachant que le pH de l’estomac est voisin de 1, citer l’espèce prédominante de ce couple.

4. Quand l’aspirine reste trop longtemps sous cette forme prédominante dans l’estomac, elle yprovoque des lésions gastriques. C’est pourquoi on trouve dans le commerce des formulations enpoudre, moins agressives, à base d’acétylsalicylate de sodium, associé à de l’hydrogénocarbonatede sodium.La dissolution de la poudre dans un verre d’eau est rapide et totale. La solution obtenue contientles ions acétylsalicylate A – (aq) et hydrogénocarbonate, de formule HCO 3 - (aq).Données : pK A du couple (CO 2 , H 2 O)(aq) / HCO 3 - (aq) = 6,4Après absorption, ces ions pénètrent dans l’estomac où le pH est très acide.4.1 Écrire l’équation de la réaction se produisant entre les ions hydrogénocarbonate et les ionsoxonium présents en abondance dans l’estomac.4.2 Calculer la constante d’équilibre K de cette réaction.4.3 Au moment de l’ingestion du verre d’aspirine, le quotient de réaction initial Qr,i est faible parrapport à K,en déduire l’influence des ions hydrogénocarbonate sur le pH de l’estomac.Partie II- Synthèse (3¼ pts)Au laboratoire, on peut fabriquer de l’acide acétylsalicylique (aspirine) à partir de l’acidesalicylique et de l’anhydride acétique ( ou éthanoïque) en utilisant un chauffage à reflux.1. Lequel des deux montages (a) ou (b) (figurant sur la feuille annexe) permet de réaliser unchauffage à reflux ? Justifier.2.2.1 Donner la formule semi-développée de l’anhydride acétique (ou éthanoïque).2.2 Pourquoi utilise-t-on l’anhydride éthanoïque plutôt que l’acide acétique pour cette synthèse?2.3 Écrire l’équation de la synthèse de l’aspirine à partir de l’anhydride acétique et de l’acidesalicylique.3. Dans un erlenmeyer bien sec, on introduit 10,0 g d’acide salicylique, 12,0 mL d’anhydrideacétique et 0,50 mL d’acide sulfurique concentré.3.1. À quoi sert l’acide sulfurique ?3.2. Calculer les quantités de matière des réactifs introduits. Déterminer le réactif limitant.3.3. En déduire la masse théorique mthéo d’aspirine que l’on peut espérer obtenir. On pourras’aider d’un tableau d’avancement si nécessaire.4. Après 20 minutes de chauffage, on sort l’erlenmeyer du bain-marie. On introduit par le haut duréfrigérant 20 mL d’eau distillée pour détruire l’anhydride acétique restant. Quand l’ébullition acessé, on ajoute 50 mL d’eau glacée, puis on place l’erlenmeyer dans un bain d’eau glacée. Lescristaux d’aspirine apparaissent.Après cristallisation complète, on filtre sur Büchner. On rince lescristaux et on les place à l’étuve pour séchage. La masse expérimentale d’aspirine obtenue est :mexp = 10,5 g.Calculer le rendement de cette synthèse.Partie III- Titrage et contrôle de la pureté (1½ pts)Dans une fiole jaugée de 100 mL, on verse 6,0 g d’aspirine obtenue expérimentalement. Onajoute 10 mL d’éthanol pour faciliter la dissolution de l’aspirine, on agite, puis on complète avecde l’eau distillée jusqu’au trait de jauge et on agite à nouveau. On prélève 10,0 mL de cettesolution et on les dose avec une solution d’hydroxyde de sodium de concentration en solutéapporté c B = 0,250 mol.L -1 . À l’équivalence, le volume versé est V BE = 9,3 mL.1.Écrire l’équation de la réaction de titrage de l’aspirine que l’on notera HA.2. Calculer la quantité de matière d’aspirine dosée, puis celle contenue dans la fiole entière.3. Comparer la masse d’aspirine dosée à la masse introduite. L’aspirine préparée est-elle pure ?2

Sujet II- L’huile de coprah et le savon de Marseille (4½ pts)DonnéesNom Formule Masse molairelaurate de glycéryle C39H74O6 M 1 = 638 g.mol -1laurate de sodium C 12 H 23 O 2 Na M 2 = 222 g.mol -1Glycérol C 3 H 8 O 3 M3 = 92,0 g.mol -1Le savon de Marseille est fabriqué avec des huiles végétales telles que l'huile d'arachide, l'huilede coprah – au grand pouvoir moussant – et l'huile de palme. On lit sur le site de la savonnerie"Le Sérail". La première étape de fabrication est le mélange des huiles végétales avec l'alcali*auquel on va ajouter du sel de mer. La cuisson consiste à porter à ébullition la pâte pendant quatreheures à une température d'environ cent degrés.* alcali : nom générique d’une base. Exemples : soude (hydroxyde de sodium) ou potasse(hydroxyde de potassium).1. La transformation chimique de l'huile de coprah (1½ pts)1.1. Quel est le nom de la réaction chimique citée ci-dessus, qui meten jeu une huile et l’alcali? Quelle est sa principale caractéristique?.1.2 L'huile de coprah est constituée d'un mélange de triglycérides deformule générale ci-contre:a) Écrire l’équation de la réaction entre un triglycéride etl'hydroxyde de sodium en solution aqueuse (Na + + HO – ).b) On considère pour la suite que l'huile est constituée uniquementdu laurate de glycéryle qui est un triglycéride de l'acide laurique.L’acide laurique a pour formule CH 3 –(CH 2 ) 10 – COOH.Donner la formule semi-développée du savon obtenu, le laurate de sodium, par action de lasolution de soude sur le laurate de glycéryle.2. Propriétés du savon, le laurate de sodium (1½ pts)On peut représenter schématiquement l’ion actif du savon de la façon suivante :OOPartie 1 Partie 2Partie 1 Partie 2Pour simplifier, on peut représenter l’ensemble ainsi :2.1 Reproduire le schéma simplifié et légender chaque partie à l'aide du vocabulaire suivant :hydrophile, hydrophobe, lipophile, lipophobe.2.2 Choisir en justifiant parmi les schémas 1.a et 1.b de la figure 1 celui qui peut expliquer lemode d'action d'un savon.3

3. Rendement de la réaction (1 pt)Dans une savonnerie, pour obtenir 1,0 tonne de savon, on utilise une masse m 1 = 1,3 tonnes (soit1,3.10 3 kg) de laurate de glycéryle et un volume V 0 = 2,0 m 3 de solution d'hydroxyde de sodiumde concentration c 0 = 6,0 mol.L -1 . On note n 1 la quantité de matière initiale de laurate deglycéryle et n 0 celle d'hydroxyde de sodium.3.1 Compléter le tableau d’avancement sur la feuille annexe .Montrer que l'avancement maximalest Xmax = 2,0. 10 3 mol.3.2 En déduire la masse maximale m 2 de laurate de sodium attendue.3.3 Définir le rendement de la synthèse du savon puis le calculer.4

Classe : TSV , TSMNom:……………………………ANNEXESujet-I- Partie-I- 1OHOHHOHOHOOOsalicineSalix albaHOOHOOHOOOacide salicyliqueacide acétylsalicyliqueb(a)Équation de laréactionSujet-I- Partie II question 1État du système AvancementÉtat initial 0En coursÉtat finalχχ maxSujet-II- Question3.15