TS DS6 2017_18 EXERIE I : ASPIRINE ET PREVENTIN ARDIVASULAIRE (10 PINTS) L une des propriétés pharmacologiques de l aspirine est d être un fluidifiant du sang. est pourquoi l aspirine peut être utilisée de manière préventive pour diminuer le risque de formation de caillots sanguins responsables des accidents vasculaires cérébraux (AV). L aspirine est alors prescrite à faible dose : 75 à 150 mg/jour. Données : Nom Formule de la molécule Propriétés Anhydride éthanoïque (ou acétique) H 3 H 3 H Acide salicylique H Aspirine H 3 H Masse molaire : 102 g.mol -1 Masse volumique : μ=1,082 kg.l -1 Liquide incolore d odeur piquante Température d ébullition sous pression normale : 136,4 Soluble dans l eau et l éthanol Masse molaire : 138 g.mol -1 Solide blanc Température de fusion 159 Peu soluble dans l eau à froid, soluble à chaud. Très soluble dans l alcool et l éther. Masse molaire : 180 g.mol -1 Solide blanc, se décompose à la chaleur à partir de 128 Solubilité dans l eau : 3,3 g.l -1 à 25 Très soluble dans l éthanol Les parties 1, 2, 3 de l exercice sont indépendantes. I.1. Synthèse de l aspirine L aspirine peut être synthétisée à partir d acide salicylique et d anhydride éthanoïque. L équation de la réaction est : H H H 3 + H + 2 H 4 2 3 H 3 H 1
La chromatographie sur couche mince (M) est l une des techniques qui permet de contrôler la réaction chimique. Protocole : Préparer un bain marie à la température de 70 ; Dans un erlenmeyer, bien sec, sous hotte, introduire : - 10,0 g d acide salicylique ; - 14,0 ml d anhydride éthanoïque ; - quelques grains de pierre ponce. Réaliser un premier prélèvement du milieu réactionnel en vue d une analyse sur M ; Adapter un réfrigérant à air sur l erlenmeyer ; À la date t = 0, placer l erlenmeyer dans le bain-marie ; Laisser réagir pendant une vingtaine de minutes tout en réalisant quatre nouveaux prélèvements du milieu réactionnel toutes les quatre minutes. I.1.1. btention de l aspirine : I.1.1.1. Montrer que l anhydride éthanoïque est introduit en excès. I.1.1.2. alculer la masse attendue d aspirine lors de cette synthèse. I.1.2. Suivi par chromatographie : I.1.2.1. Proposer un protocole expérimental pour réaliser les différentes chromatographies afin, notamment, de s assurer de la formation de l aspirine. La liste du matériel et des produits disponibles est proposée dans le document 1 ci-dessous. Document 1 : matériel disponible pour effectuer la chromatographie. Plaques pour M capillaires éluant cuve à chromatographie aspirine pur du commerce dissous dans un solvant acide salicylique pur dissous dans un solvant lampe UV ou solution de permanganate de potassium. I.1.2.2. Quelles particularités doit présenter le chromatogramme obtenu avec le dernier prélèvement, en admettant que le système réactionnel est alors dans son état final? I.2. Analyse spectrale des espèces chimiques intervenant dans la synthèse de l aspirine I.2.1. Spectre RMN de la molécule d aspirine. I.2.1.1. Recopier la formule de la molécule d aspirine et identifier les deux groupes caractéristiques dans cette molécule. Les nommer. I.2.1.2. Deux carbone particuliers sont repérés par les lettres «a» et «b» dans la formule de la molécule d aspirine reproduite ci-dessous : carbone «b» carbone «a» H 3 H2
Expliquer pourquoi les atomes d hydrogène liés au carbone «a» correspondent au singulet du spectre RMN de la molécule d aspirine reproduit dans le document 2 ciaprès. Justifier de même que le doublet de ce spectre RMN correspond à l atome d hydrogène lié au carbone «b». Document 2 : spectre RMN de la molécule d aspirine I.2.2. Spectre IR de la molécule d acide éthanoïque. L autre produit issu de la synthèse de l aspirine est l acide éthanoïque de formule brute 2 H 4 2. I.2.2.1. Donner la formule semi-développée de l acide éthanoïque et du méthanoate de méthyle qui est un isomère de l acide éthanoïque. I.2.2.2. Les spectres infrarouges de ces deux espèces chimiques sont regroupés dans le document 3 ci-dessous. Une table de données de spectroscopie infrarouge est également fournie (document 4). Identifier celui qui appartient à l acide éthanoïque en justifiant. 3
Document 3 : spectres IR de l acide éthanoïque et du méthanoate de méthyle. Document 4 : table de données pour la spectroscopie IR. famille liaison nombres d onde (cm -1 ) cétone = 1705-1725 aldéhyde tri H 2700-2900 = 1720-1740 acide carboxylique H = 2500-3200 1740-1800 ester = 1730-1750 alcool H lié 3200 3450 H libre 3600-3700 4
I.3. Autre forme de l aspirine, moins agressive pour l estomac L aspirine ou (acide acétylsalicylique) possède une base conjuguée, l ion acétylsalicylate. Le pka du couple acide/base ainsi constitué est égal à 3,5. I.3.1. Lors de la digestion, le ph de l estomac est voisin de 2. Quelle est la forme prédominante du couple aspirine/ion acétylsalicylate dans l estomac? Justifier. I.3.2. Quand l aspirine reste trop longtemps sous cette forme prédominante dans l estomac, elle y provoque des lésions gastriques. est pourquoi on trouve dans le commerce des formulations différentes, moins agressives pour la paroi de l estomac, comme la catalgine. atalgine (acétylsalicylate de sodium) - Le médicament est soluble dans l eau et l ingestion est facilitée. - Dans l estomac, dont le ph est très acide, les ions acétylsalicylate réagissent avec les ions H 3 + pour redonner de l aspirine moléculaire qui précipite. e précipité, obtenu sous forme de grains microscopiques, est plus facilement assimilable. I.3.2.1. Écrire la formule semi-développée de l ion acétylsalicylate. I.3.2.2. Expliquer pourquoi la catalgine est soluble dans l eau. I.3.2.3. Donner l équation de la réaction se produisant dans l estomac après ingestion de la catalgine. EXERIE II - LE PENDULE SIMPLE (10 PINTS) Un pendule simple est constitué d un solide de masse m de petite taille suspendu à un fil de masse négligeable et de longueur l très supérieure à la taille du solide. Fil de longueur Position d équilibre Solide de masse m Écarté de sa position d équilibre un pendule simple oscille périodiquement après avoir été lâché. La période des oscillations s exprime par la relation : T = 2 π lg Données : Intensité de la pesanteur sur Terre : g = 9,81 m.s -2. Une coudée vaut 0,57 m. 5
II.1. Les pendules de Galilée Document 1 Discours concernant deux sciences nouvelles Galilée (1638) J ai pris deux boules, l une en plomb et l autre en liège, celle-là au moins cent fois plus lourde que celle-ci, puis j ai attaché chacune d elles à deux fils très fins, longs tous deux de quatre coudées ; les écartant alors de la position perpendiculaire, je les lâchais en même temps [...] ; une bonne centaine d aiiées et venues, accomplies par les boules elles-mêmes, m ont clairement montré qu entre la période du corps pesant et celle du corps léger, la coïncidence est telle que sur mille vibrations comme sur cent, le premier n acquiert sur le second aucune avance, fût-ce la plus minime, mais que tous les deux ont un rythme de mouvement rigoureusement identique. n observe également l action du milieu qui, en gênant le mouvement, ralentit bien davantage les vibrations du liège que celles du plomb, sans toutefois modifier leur fréquence ; même si les arcs décrits par le liège n ont plus que cinq ou six degrés, contre cinquante ou soixante pour le plomb, ils sont traversées en des temps égaux. II.1.1. iter deux expressions employées dans le texte pour désigner une oscillation. II.1.2. omment Galilée désigne-t-il la position d équilibre du pendule? II.1.3. Répondre aux trois questions suivantes en justifiant à partir du document 1. II.1.3.1. La masse m de la boule suspendue a-t-elle une influence sur la période du pendule? II.1.3.2. Le pendule en plomb est-il plus, moins ou autant sensible aux frottements que le pendule en liège? II.1.3.3. La période des oscillations dépend-elle des frottements? II.1.4. Pourquoi peut-on admettre que les pendules décrits dans le texte sont assimilables à des pendules simples? II.1.5. alculer la valeur de la période des pendules de Galilée. 2. Un pendule dans un champ magnétique Pour vérifier l influence de l intensité de la pesanteur sur la période d un pendule simple, il est difficile d envisager de se déplacer sur une autre planète. En revanche, il est relativement simple de placer un pendule, constitué d un fil et d une bille en acier, à l intérieur d un dispositif créant un champ magnétique uniforme dans une zone suffisamment large pour englober la totalité de la trajectoire de la bille du pendule pendant ses oscillations. e dispositif peut être constitue par des bobines de Helmholtz. 6
Lorsque l axe des bobines est vertical, le passage du courant électrique crée un champ magnétique uniforme vertical dans la zone cylindrique située entre les deux bobines. Une bille en acier située dans cette zone est soumise à une force magnétique verticale. II.2.1. Expliquer pourquoi ce dispositif expérimental permet de simuler une variation de l intensité de la pesanteur. II.2.2. omment doit être orientée la force magnétique exercée sur la bille pour simuler un accroissement de la pesanteur? Justifier. II.2.3. omment peut-on simuler un affaiblissement de l intensité de la pesanteur? II.2.4. Si le dispositif a été correctement installé pour simuler un accroissement de la pesanteur, comment cela se traduit-il sur l évolution de la période du pendule? Justifier. II.2.5. Le système utilisé ne permet pas de simuler une forte variation de la pesanteur mais il permet cependant de constater une variation de la période, à condition de choisir un protocole optimisant la précision de la mesure. II.2.5.1. Proposer une méthode expérimentale pour obtenir une mesure la plus précise possible de la période. II.2.5.2. Dans le cas d un pendule de longueur 0,50 m, on mesure une période de 1,5 s lorsque les bobines sont parcourues par un courant électrique. II.2.5.2.1. Le dispositif simule.-t-il un accroissement ou une diminution de la pesanteur? Expliquer. II.2.5.2.2. Déterminer la valeur de l intensité de la pesanteur apparente. 7