TPC11 : Synthèse du paracétamol - Correction

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1 TPC11 : Synthèse du paracétamol - Correction Le principe Le paracétamol est un médicament qui se rapproche de l'aspirine par ses propriétés analgésiques et antipyrétiques. Il est dépourvu d'action anti-inflammatoire, mais ne présente pas les contre-indications de l'aspirine. On l'obtient par réaction entre le 4-aminophénol ( ou para-aminophénol ) et l'anhydride éthanoïque en milieu aqueux. Etude de la réaction L examen des sites donneurs et accepteurs de doublet d électrons du 4-aminophénol et de l anhydride éthanoïque montre que, théoriquement, plusieurs réactions entre ces deux molécules sont envisageables et peuvent conduire à un mélange d espèces chimiques, notées A et B. L analyse spectrale infrarouge du produit de synthèse purifié montre qu une seule espèce chimique s est réellement formée. Spectre IR en phase gazeuse du paracétamol (a) et du 1-amino-4- hydroxybenzène (b) 1. Entourer et nommer les groupes d atomes caractéristiques du 4-aminophénol. Groupe hydroxyle Groupe amine

2 2. Justifier que les atomes d oxygène et d azote de cette molécule soient des sites donneurs de doublet d électrons. Dans un édifice, un atome porteur d un doublet non liant est un site donneur de doublet d électrons. 3. En justifiant, situer les sites accepteurs de doublet d électrons de l anhydride éthanoïque. Dans un édifice, un site porteur d une charge positive est un site accepteur de doublet d électrons. Les deux atomes de carbone liés à l oxygène ont des charges positives partielles car les liaisons sont polarisées, l oxygène étant plus électronégatif que le carbone. 4. Relier par une flèche les sites pouvant expliquer la formation d une liaison entre les deux molécules. 5. Pour les deux molécules A et B possibles : - préciser le groupe d atomes caractéristique qui n est pas modifié et celui qui a disparu. - donner la nature du groupe d atomes caractéristique qui apparaît. Pour la molécule A, le groupe hydroxyle n est pas modifié, et il apparaît un groupe amide. Pour la molécule B, le groupe amine n est pas modifié, et il apparaît un groupe ester. 6. En comparant les deux spectres infrarouge et en vous aidant de la fiche n 11 de votre livre (page 594), montrer que le paracétamol correspond à la molécule A. La bande d absorption du groupe amine primaire NH 2, a disparu. 7. Écrire l équation de la réaction de synthèse sachant qu il se forme également de l acide éthanoïque. 8. Que peut-on déduire sur le caractère donneur de doublets d électrons de l atome d azote comparé à celui de l atome d oxygène? Cette réaction est sélective, car le caractère donneur de doublet d électrons de l atome d azote est plus marqué que celui de l atome d oxygène.

3 Données : Protocole expérimental Etape 1 : Dissolution du 4-aminophénol ( para-aminophénol) - Dans l erlenmeyer, il a déjà été introduit successivement 2,70 g de 4-aminophénol, 50 ml d eau et 3,5 ml d acide éthanoïque pur. - Adapter un réfrigérant à air sur l erlenmeyer et placer le dans un bain-marie à 80 C. Agiter régulièrement jusqu à dissolution complète du 4-aminophénol. - Laisser refroidir dans un bain d eau froide. Pendant que la solution refroidit, répondre aux questions : 1. À partir des données, justifier l état physique du 4-aminophénol avant d être versé dans l erlenmeyer. Le 4-aminophénol est solide, car sa température de fusion est de 186 C. 2. Pourquoi chauffe-t-on l erlenmeyer pendant la dissolution? La solubilité du 4-aminophénol dans l eau est plus grande à chaud. 3. Au lieu de réaliser l expérience avec un réfrigérant à air, on aurait pu utiliser un ballon surmonté d un réfrigérant à boules. Quel est le nom d un tel montage? Il s agit d un montage à reflux. Etape 2 : Synthèse du paracétamol - Enlever le réfrigérant à air et, sous la hotte, ajouter TRES lentement 3,5 ml d anhydride éthanoïque, tout en maintenant l agitation. Le mélange s échauffe rapidement. - L addition terminée, adapter le réfrigérant à air et porter à 60 C avec le bain marie pendant 5 à 10 minutes. - Placer l erlenmeyer dans de l eau glacée et attendre la cristallisation du paracétamol. Pour aller plus vite, vous pouvez mettre un peu de glace directement dans l erlenmeyer. Pendant que la solution refroidit, répondre aux questions : 4. À partir des données, justifier l apparition du précipité de paracétamol lors du refroidissement dans le bain glacé. La solubilité du paracétamol dans l eau est faible à froid.

4 5. Réécrire la formule semi-développée de l anhydride éthanoïque et entourer le groupe anhydre. 6. Réécrire la formule semi-développée du paracétamol et entourer le groupe amide. 7. Réécrire la formule semi-développée du 4-aminophénol et entourer le groupe amine. 8. Établir le tableau descriptif de l évolution de la transformation chimique. Équation : C 6 H 7 NO + C 4 H 6 O 3 C 8 H 9 NO 2 + C 2 H 4 O 2 État initial n 1 n État final 0 n 2 n 1 n 1 n 1 9. Calculer les quantités de matière des réactifs introduits. n 1 = m 1 = 2,70 = 0,0248 mol M m 2 = ρ 2 V 2 =1,08 3,5 = 3,78 g n 2 = m 2 = 3,78 = 0,037 mol M 2 102

5 10. Quel est le réactif limitant? Les nombres stœchiométriques des réactifs sont égaux. Le réactif limitant est donc celui introduit en plus petite quantité, c est à dire le 4-aminophénol. 11. À partir du tableau, déduire la quantité de matière théorique de paracétamol susceptible d être obtenue. Une mole de 4-aminophénol conduit à la formation d une mole de paracétamol. Donc, 0,0248 mol de 4-aminophénol conduira à la formation de 0,0248 mol de paracétamol théoriquement. 12. Quelle est la masse théorique de produit susceptible d être obtenue? m para = n para M para = 0, = 3,74 g Etape 3 : Obtention du paracétamol brut - Filtrer les cristaux sous pression réduite avec un Büchner. - Rincer l erlenmeyer avec un peu d eau glacée contenue dans le cristallisoir. - Sécher les cristaux obtenus sur papier filtre. Les placer dans une coupelle. - Sécher à l étuve à 80 C. 13. Légender le dispositif : fiole à vide : trompe à eau : Büchner : papier filtre : mélange solide-liquide : filtrat liquide

6 Etape 4 : Caractérisation du produit obtenu 1 ère méthode : Analyse par chromatographie sur couche mince des produits obtenus. Sur une plaque de silice sensible aux UV on effectue les dépôts suivants : - paraminophénol (E) en solution dans l'éthanol ; - paracétamol brut (P 1 ) en solution dans l'éthanol ; - paracétamol purifié (P 2 ) en solution dans l'éthanol ; - paracétamol issu d'un comprimé pharmaceutique (P 3 ) en solution dans l'éthanol ; L 'éluant est un mélange organique complexe. Après révélation, on obtient le chromatogramme suivant: 14. Interpréter le chromatogramme ci-contre. Lecture verticale : Seule la substance P 1 présente deux taches après élution. Toutes les autres substances sont des corps purs. Lecture horizontale : Les taches de même niveau correspondent au même constituant. Le paracétamol purifié (P 2 ) contient bien uniquement du paracétamol. E P 1 P 2 P Peut-on utiliser la chromatographie sur couche mince pour vérifier la pureté du paracétamol? Oui, car si la substance ne présente qu une seule tache après élution, elle n est constituée que d une seule espèce. 2 ème méthode : Température de fusion. A l aide du banc Kôfler étalonné, mesurer la température de fusion du composé synthétisé. Comparer la valeur obtenue à la température de fusion du paracétamol. 16. Quelle est la température de fusion du produit obtenu? S agit-il bien du paracétamol? Sur la banc Köfler, la limite entre la phase solide et la phase liquide de l échantillon se situe à 168 C. Le produit obtenu est bien du paracétamol, car cette température correspond à la température de fusion de cette molécule.