Epreuve de Chimie sur 20 points

Transcription

1 Institut de Formation de Techniciens de Laboratoire Médical CONCOURS D ENTREE VENDREDI 20 MAI 2016 Epreuve de Chimie sur 20 points Durée : 1 heure Calculatrices NON programmables autorisées. Page 1 sur 6

2 Problème de chimie L ibuprophène. L ibuprofène est un anti-inflammatoire et le principe actif de plusieurs anti-douleurs commerciaux (Advil, Nurofen ) La molécule a été découverte par la société Boots dans les années 1960 et cette société a breveté une synthèse qui a longtemps été la méthode de choix pour la production industrielle. Cette synthèse a permis de produire annuellement des milliers de tonnes d'ibuprofène mais elle s'est accompagnée de la formation d'une quantité encore plus importante de sous-produits non utilisés et non recyclés qu'il a fallu détruire ou retraiter. Les trois parties sont indépendantes 1. Première partie : description de l ibuprofène La molécule d ibuprofène possède deux stéréoisomères, notés R et S, représentés ci-dessous : Molécule R Molécule S 1.1. Quel est le nom du groupe caractéristique oxygéné que comporte l ibuprofène? Quelle est la fonction chimique correspondante? 1.2. Quel qualificatif utilise-t-on pour désigner l atome de carbone noté 2 sur les représentations ci-dessus? 1.3. Les molécules R et S sont-elles identiques, énantiomères ou diastéréoisomères? Justifier Diverses techniques d analyse ont permis de connaître la structure de la molécule d ibuprofène. Les spectroscopies IR (infrarouge) et de RMN (résonance magnétique nucléaire) en sont deux exemples. Document 2 Spectre infrarouge de l ibuprofène Page 2 sur 6

3 Document 3 Bandes d absorption IR de quelques types de liaisons chimiques LIAISON GAMME DU NOMBRE D ONDE FORME DE LA BANDE O H Alcool libre Moyenne et fine O H Alcool lié Intense / Moyenne et large C tri H Alcène et aromatique Moyenne C tet H Alcane Moyenne O H Acide carboxylique Intense et large C = O Acide carboxylique Intense C = C Alcène Moyenne C = C Aromatique Moyenne N H Amine primaire Moyenne C tet H Intense Document 4 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 5 Table de données pour la spectroscopie RMN Type de proton δ (ppm) Type de proton δ (ppm) R CH 3 0,8 1,2 R OH 0,5 6 R CH 2 R 1,2 1,4 R CO H 9,5 9,6 R CH 2 OH 3,3 3,4 CH O COR (CH 3 à CH) 3,7 4,8 R CO CH 3 2,1 2,6 CH COOR (CH 3 à CH) 2,0 2,4 R NH R COO H 10,2 12, Donner l origine des bandes d absorption 1 et 2 du spectre infrarouge IR (document 2) en exploitant les données du document Sur la formule semi-développée de l ibuprofène de la figure 1 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 5. Page 3 sur 6

4 Le signal (g) est un signal singulet. Expliquer pourquoi Sur la formule semi-développée de l ibuprofène de la figure 2 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. 2. Deuxième partie. Les voies de synthèse de l ibuprophène. Utilisation atomique : définition L efficacité d un procédé est traditionnellement mesurée par le rendement chimique (qui ne tient pas compte de la quantité de sous-produits formés). Dans une optique de réduction de la pollution à la source, la chimie verte propose une évolution du concept d efficacité qui prend en compte la minimisation de la quantité de déchets. L indicateur de l efficacité d un procédé est l «utilisation atomique (UA)». L utilisation atomique est définie comme le rapport de la masse molaire du produit recherché sur la somme des masses molaires de tous les produits qui apparaissent dans l équation stœchiométrique. Si les sous-produits de la réaction ne sont pas tous identifiés, alors la conservation de la matière permet de remplacer le dénominateur par la somme des masses molaires de tous les réactifs : M ( produit désiré) M ( produit désiré) Utilisation atomique : UA = = Σ M ( produit i) Σ M ( réactif j) i j D après L utilisation atomique du procédé des laboratoires Boots est UA 1 = 0,40 = 40 %. On montre que l utilisation atomique UA 2 du procédé de la société BHC vaut environ 77%. Conclure Dans le procédé BHC (document 6), les espèces soulignées Ni et Pd (étapes 2 et 3) ne sont pas des réactifs. De quel type d espèces s agit-il? Quel est leur rôle? 2.3. L étape 1 des procédés Boots et BHC est identique. Il y a formation du composé représenté sur le document 6, et d acide éthanoïque, non représenté. S agit-il d une addition, d une élimination ou d une substitution? 2.4. À quelle grande catégorie de réactions l étape 5 (document 7) du procédé Boots appartient-elle? Document 6 : Procédés Boots et BHC Page 4 sur 6

5 Document 7 : Détail des étapes 2 à 6 du procédé Boots 3. Troisième partie. Titrage d un comprimé d ibuprophène. On souhaite vérifier la masse d ibuprofène présente dans un comprimé «ibuprophène 100 mg». Préparation de la solution aqueuse d ibuprofène On broie puis on dissout le comprimé contenant l ibuprofène dans 30 ml d éthanol. Les excipients y sont insolubles. On filtre alors sous vide le mélange. Le filtrat, contenant l ibuprofène dissous, est dilué dans 70 ml d eau. On obtient une solution S d ibuprofène dont on admet qu elle a le même comportement qu une solution aqueuse. Réalisation du dosage ph-métrique de l ibuprofène On dose l ibuprofène contenu dans la solution S à l aide d une solution aqueuse d hydroxyde de sodium (Na + + HO ) de concentration en soluté apporté c B = 5, mol.l 1. La mesure du ph permet de tracer les courbes de la FIGURE 4 DE L ANNEXE On note l ibuprofène AH. À l aide du graphique de la FIGURE 4 DE L ANNEXE, justifier qu aux erreurs de mesure près, le volume versé à l équivalence est V BE = 9,4 ml Ecrire l équation de la réaction support de titrage Quelles caractéristiques doit posséder une réaction chimique pour être utilisée lors d un titrage? 3.4. Compléter la légende du schéma de montage de la figure 3 de l annexe Calculer la masse effective m d ibuprofène dans le comprimé et conclure. On donne la masse moléculaire molaire de l ibuprophène : M i = 206 g.mol Parmi les indicateurs colorés acido-basiques proposés dans le tableau ci-après, quel est celui qui est le mieux adapté au titrage précédent? Justifier. Indicateur coloré Couleur acide Zone de virage Couleur basique Vert de bromocrésol jaune 3,8 5,4 bleu Phénolphtaléine incolore 8,2 10 rose Jaune d alizarine jaune 10,1 12,0 rouge-orangé Page 5 sur 6

6 ANNEXES A RENDRE AVEC LA COPIE Figure 1 (question ) Figure 2 (question ) Figure 3. Montage pour titrage ph-métrique ph dph dv B ph Figure 4. Évolution du ph de la solution et de sa dérivée au cours du dosage V B (ml) Page 6 sur 6