Molécule d ibuprofène

Transcription

1 Molécule d ibuprofène L ibuprofène est une molécule de formule brute 13 H Son nom en nomenclature officielle est acide 2-(4-isobutylphényl)propranoïque. De par ses propriétés anti-inflammatoire, antalgique et antipyrétique, elle constitue le principe actif de divers médicaments. et exercice comporte trois parties indépendantes conduisant à étudier la structure de la molécule d ibuprofène, sa synthèse dans le cadre de la chimie verte et le dosage d un médicament. H H H 2 H H H H H Formule semi-développée de l ibuprofène Partie 1 : La molécule d'ibuprofène 1.1. Sur la formule semi-développée de l ibuprofène de la figure 1 de l annexe à rendre avec la copie, entourer le groupe caractéristique associé à la fonction acide carboxylique La molécule d ibupofène est chirale Expliquer la cause de cette chiralité en la nommant et en la repérant sur la figure 2 de l annexe ette chiralité entraîne l existence de deux énantiomères de l ibuprofène. omment reconnaître si des molécules sont énantiomères? Aucun schéma n est attendu Sur la figure 3 de l annexe, la représentation de ram de l un des deux énantiomères de l ibuprofène est fournie, mais elle est inachevée. ompléter cette représentation et schématiser le deuxième énantiomère Diverses techniques d analyse ont permis de connaître la structure de la molécule d ibuprofène. Les spectroscopies IR (infrarouge) et RMN (résonance magnétique nucléaire) en sont deux exemples.

2 Document 1 Spectre infrarouge de l ibuprofène Document 2 Bandes d absorption IR de quelques types de liaisons chimiques Type de liaison Nombre d onde (cm -1 ) Largeur de la bande Intensité d absorption -H sans liaison hydrogène fine forte -H avec liaison hydrogène large forte -H d un acide carboxylique large variable -H des groupes H 2,, H dans les alcanes, les alcènes et les cycles aromatiques variable (bandes multiples) variable = dans un cycle aromatique fine moyenne = d un acide carboxylique fine forte

3 Document 3 Spectre RMN de l ibuprofène L aire du doublet (a) est environ six fois supérieure à celle du singulet (g), c est-à-dire que le saut de la courbe d intégration est six fois plus grand pour (a) que pour (g). Document 4 Déplacements chimiques δ en ppm (partie par million)

4 Donner l origine des bandes d absorption 1 et 2 du spectre infrarouge IR (document 1) en exploitant les données du document Sur la formule semi-développée de l ibuprofène de la figure 4 de l annexe, entourer la ou les atomes d hydrogène associés au signal (g) du spectre RMN. Justifier votre réponse à l aide du document Le signal (g) est un signal singulet. Expliquer pourquoi Sur la formule semi-développée de l ibuprofène de la figure 5 de l annexe, entourer la ou les atomes d hydrogène associés au signal (a) du spectre RMN. Justifier votre réponse Le signal (a) est un doublet. Justifier cette multiplicité. Partie 2 : Synthèse de l ibuprofène Les procédés BH et Boots sont deux méthodes de fabrication de l ibuprofène. Le but de cette partie est de comparer ces deux techniques dans le cadre de la chimie verte. Document 5 La chimie verte La chimie verte s inscrit dans une logique de développement durable et de recherche permanente de sécurité optimale. Pour cela les processus mis en jeu doivent éliminer ou au moins réduire l utilisation de substances nocives pour l homme et l environnement. Les synthèses chimiques doivent privilégier des méthodes produisant le minimum de substances dérivées inutiles, surtout si elles sont polluantes. lassiquement, pour évaluer l efficacité d une synthèse chimique, on détermine son rendement sans se préoccuper des quantités de sous-produits formés. Dans le cadre de la chimie verte, pour prendre en compte la minimisation des quantités de déchets, on définit un indicateur appelé «utilisation atomique» (UA). L utilisation atomique UA est définie comme le rapport de la masse molaire du produit souhaité, sur la somme des masses molaires de tous les produits : UA = M(produit souhaité) M i (produit) i La conservation de la masse conduit à une deuxième expression de cet indicateur : UA = M(produit souhaité) M (réactif) j j Plus cet indicateur UA est proche de 1, plus le procédé est économe en termes d utilisation des atomes et moins la synthèse génère de déchets.

5 Exemple : on synthétise le produit P par réaction entre R et S. Au cours de la transformation, il se forme aussi les espèces Y et Z selon l équation de la réaction : où r, s, y et z sont les nombres stœchiométriques. L utilisation atomique s exprime par : UA = M(P) + M(P) ym(y) + zm(z) ou UA = M(P) rm(r) + sm(s) Le procédé BH, dont l utilisation atomique est de 77 %, met en jeu trois étapes faisant appel à des transformations catalysées : Étape H H 4 2 molécule 1 molécule 2 La formule brute de la molécule 2 est 12 H 16. Étape 2 + H 2 molécule 2 molécule 3 H Étape 3 H + H molécule 3 ibuprofène

6 Déterminer la formule brute de la molécule La réaction de l étape 2 est-elle une substitution, une addition ou une élimination? Justifier votre réponse L électronégativité du carbone est inférieure à celle de l oxygène. Le carbone de la liaison = de la molécule 2 est-il un site donneur ou accepteur de doublet d électrons? Expliquer alculer la valeur de l utilisation atomique du procédé Boots mettant en jeu six étapes dont le bilan global est traduit par l équation de réaction suivante : 10 H H H 5 Na + 4 H 7 l NH 2 H + 2 H 2 13 H sous-produits Données : Masses molaires M Espèce H 2 + NH 2 H 2 H 5 Na M(g.mol -1 ) 18,0 19,0 33,0 68,0 Espèce 4 H H 7 l 2 10 H H 18 2 M(g.mol -1 ) 102,0 122,5 134,0 206, Indiquer, en justifiant votre réponse, quel est le procédé de synthèse de l ibuprofène répondant le mieux à la minimisation des déchets recherchée dans le cadre de la chimie verte. Partie 3 : Dosage de l ibuprofène dans un médicament L étiquette d un médicament classé dans la catégorie pharmaco-thérapeutique «antiinflammatoire non stéroïdien» fournit les informations suivantes : omposition Ibuprofène.400 mg Excipients : amidon de maïs, silice colloïdale anhydre, amidon prégélatinisé, acide stéarique. Forme pharmaceutique omprimé enrobé (boîte de 30) Pour vérifier, la quantité d ibuprofène contenu dans un comprimé, on procède à un titrage acido-basique selon le protocole suivant :

7 Étape 1. Préparation de la solution aqueuse d ibuprofène n broie le comprimé contenant l ibuprofène dans 20 ml d éthanol. n filtre le mélange obtenu. Le filtrat, contenant l ibuprofène, est ensuite dilué dans de l eau afin d obtenir V s = 100 ml de solution S. n admettra que cette solution S d ibuprofène a le même comportement qu une solution aqueuse. Étape 2. Titrage acido-basique La totalité du volume V S de solution S est dosé à l aide d une solution aqueuse d hydroxyde de sodium (Na + + H ) de concentration c B = 1, mol.l 1. L indicateur coloré de fin de réaction est la phénolphtaléïne. L équivalence est détectée pour 12,8 ml de solution d hydroxyde de sodium. Données : Phénolphtaléine : incolore pour ph < 8,2 ; zone de virage pour ph compris entre 8,2 et 10 ; rose pour ph > 10. Substance Solubilité dans l eau Solubilité dans l éthanol ibuprofène noté RH très faible importante base conjuguée notée R - importante excipients pratiquement nulle pratiquement nulle éthanol forte Écart relatif entre une valeur expérimentale G exp et une valeur attendue G a d une grandeur quelconque G : 3.1. Justifier l usage de l éthanol dans le protocole Écrire l équation de la réaction support de dosage omment repère-t-on expérimentalement l équivalence lors du titrage? 3.4. Déterminer la valeur de la masse d ibuprofène dans un comprimé, déterminée par ce dosage alculer l écart relatif entre la masse mesurée et la masse annoncée par l étiquette.

8 Annexe à rendre avec la copie H 2 H H 2 H H H H H H H H H H H H H Figure 1 (question 1.1) Figure 2 (question 1.2.1) 6 H 4 H 2 H( ) 2 Énantiomère 1 Énantiomère 2 Figure 3 (question 1.2.3) H 2 H H 2 H H H H H H H H H H H H H Figure 4 (question 1.3.2) Figure 5 (question 1.3.4) Page

9 orrection du DM n o 5 TS22013 Molécule d ibuprofène La cause de la chiralité est la présence d un carbone asymétrique, noté,c est-à-direuncarbonecomportant quatre substituant distincts Il s agit d un singulet, car l atome de carbone voisin ne porte pas d atome d hydrogène. De ce fait, aucun couplage entre hydrogènes voisins ne peut avoir lieu δ = 1 ppm correspond à des hydrogènes d un groupe méthyle lié à un carbone. e signal est donc celui des deux groupes.lessix atomes d hydrogène de ces deux sont équivalents, ils ont le même environnement chimique. L aire du doublet (a) est six fois plus grande que l aire du singulet (g), comme ce dernier correspond àunprotonontrouvebienque(a)correspondaux six protons indiqués, 6 H sont impliqués Deux molécules sont énantiomères si elles ont le même enchaînement d atomes, mais une disposition spatiale des atomes différente telle qu elles soient images l une de l autre dans un miroir. Autrement dit, les deux molécules sont symétriques l une de l autre par rapport à un miroir plan La bande 1 fine et intense à environ cm 1 correspond au = d un acide carboxylique; la bande 2 large et intense à environ cm 1 correspond au Hd unacidecarboxylique, et aux Hdelachaînecarbonée δ = 12 ppm correspond à l hydrogène d un acide carboxylique : Le signal (a) est un doublet, car le carbone voisin ne porte qu un atome d hydrogène. Une fois encore on applique ici la règle de couplage dite «des n + 1» La formule brute de la molécule 1 est 10 H L étape 2 est une réaction d addition, puisque la double liaison = est transformée en liaison simple H H, avec addition de deux atomes d hydrogène de part et d autre Le carbone de la liaison =, étant moins électronégatif que l oxygène, porte une charge partielle positive δ+.elaluiconfèreuncaractère accepteur de doublets d électrons.

10 2.2. Par définition, l utilisation atomique est donnée par : UA = M(produit souhaité) i M i(réactif) En remplaçant par les valeurs données dans l énoncé : 206, 0 UA = 134, , , , , 0 +33, , 0 UA = 0, 4004 = 40, 04 % 2.3. Le procédé BH a une UA supérieure à celle du procédé Boots. e procédé permet donc une réduction de la proportion de déchets n utilise l éthanol pour dissoudre l ibuprofène sans dissoudre les excipients. En effet, la solubilité de l ibuprofène dans l éthanol est forte, alors que la solubilité des excipients dans l éthanol est pratiquement nulle. Par filtration, on va pouvoir récupérer le filtrat contenant l ibuprofène et ainsi éliminer le solide contenant les excipients Pour l équation de la réaction support de titrage, il faut bien indiquer une simple flèche ( ) et pas un équilibre ( ), la réaction de dosage étant obligatoirement totale (en plus d être univoque et rapide). De plus, on indique systématiquement les états physiques des espèces : RH (aq) + H (aq) R (aq) + H 2 (l) 3.3. L équivalence est repérée par la persistance de la coloration rose, teinte basique de l indicateur coloré (passage de l incolore au rose fuchsia) Àl équivalence,lesréactifssontintroduitsdansles proportions stœchiométriques, donc ici : n(rh) =n(h ) n(rh) =c B V BE n(rh) =1, , 8 n(rh) =1, 92 mmol n en déduit la masse d ibuprofène dosé : m = n(rh) M m = 1, , 0 = 396 mg 3.5. Écart relatif avec la masse annoncée par l étiquette : = 0, 0100 = 1, 00 % n constate un bon accord.

11 Grille DM5 TS Ibuprofène Annexe.../5 Annexe figure 1 : Groupe carboxylique entouré Annexe figure 2 : repéré Annexe figure 3 : Les deux énantiomères en ram Annexe figure 4 : H du bas entouré Annexe figure 5 : du haut et de droite entourés Réponses.../25 est cause de la chiralité Les énantiomères sont non superposables, images l un de l autre dans un miroir La bande 1 fine et intense correspond au = d unacidecarboxylique La bande 2 large et intense correspond au Hd unacidecarboxylique et aux Hdelachaînecarbonée δ = 12 ppm correspond à l hydrogène d un acide carboxylique Singulet car pas d hydrogène voisin δ = 1ppmcorrespondauxHdesgroupes n a bien six H équivalents, aire six fois celle du H unique précédent Doublet car un seul hydrogène porté par le voisin Molécule 1 de formule brute 10 H 14 L étape 2 est une addition Justification : = transforméenh H Le de = estunsiteaccepteurdedoubletd électrons Justification : il porte une charge partielle δ+ UA = 40, 04 % Le procédé BH a une UA supérieure donc il est plus économe L éthanol permet de dissoudre l ibuprofène et pas les excipients Donc séparation possible par filtration RH (aq) + H (aq) R (aq) + H 2 (l) Équivalence repérée par la persistance de la teinte rose, teinte basique de l indicateur Équivalence n(rh)=n(h ) n(rh)=c B V BE = 1, 92 mmol m = n(rh) M = 396 mg Écart relatif 1 %, bon accord Total.../30 Note.../20