Document du professeur 1/8 Niveau 2 de THEME : LA SANTE Physique Chimie SYNTHESE D UNE ESPECE CHIMIQUE ET IDENTIFICATION Programme : BO n 4 du 29 avril 2010 LA SANTE NOTIONS ET CONTENUS COMPETENCES ATTENDUES Les médicaments : un médicament générique et un médicament «princeps» contiennent un même principe actif mais se différencient par leur formulation. Synthèse d une espèce chimique. Densité, masse volumique. Déterminer la masse d un échantillon à partir de sa densité, de sa masse volumique. Déterminer une quantité de matière connaissant la masse d un solide ou le volume d un liquide. Mettre en œuvre un protocole expérimental pour réaliser la synthèse d'une molécule et son identification. Pré requis : o Réaliser une filtration o Utiliser le vocabulaire spécifique à la dissolution et à la miscibilité (soluté, solvant, solution saturée, soluble, insoluble, miscible, non-miscible) Mots-clé o Synthèse o Chauffage à reflux o Réfrigérant à eau o Filtration o Chromatographie o Elution o Révélation o Rapport frontal o Mélange o Espèce chimique pure PIERRON 2011 Synthèse d une espèce chimique et identification (page 1)
Document du professeur 2/8 Liste de matériel Poste élève o Fiole erlenmeyer 19/26 Ref. 08794 o Réfrigérant de Liebig 19/26 Ref. 08777 o Tubes souples Ref. 00446 o Cristallisoir Ref. 06561 o Agitateur magnétique chauffant Ref. 14989 o Barreau aimanté Ref. 15027 o Thermomètre Ref. 00839 o Support statif Ref. 00698 o Noix Ref. 00165 o Pince Ref. 00181 o Balance à 0,1 g Ref. 06089 o Coupelle de pesée Ref. 13439 o Spatule Ref. 06652 o Eprouvette graduée de 50 Ml Ref. 08658 o Pierre ponce Ref. 01658980 o Hotte aspirante Ref. 10500691 o Agitateur en verre Ref. 06500 o Trompe à vide Ref. 00409 o Filtre Ref. 07386 o Büchner Ref. 06852 o Cône d étanchéité Ref. 04709 o Fiole à vide Ref. 06586 o Papier filtre Ref. 07240 o Cuve de chromatographie (+ couvercle) Ref. 06759 o Plaque de silice sur support polyester sensible aux rayons UV Ref. 06492 o Pipettes Pasteur Ref. 06887 o Tétine en caoutchouc Ref. 91246 o Séchoir Ref. 13238 o Blouse de laboratoire Ref. 91715 o Gants Ref. 91693 o Lampe UV Ref. 13728 o Flacon contenant l éluant Ref. 06725 o Mortier Ref. 00115 o Pilon Ref. 00199 o Anhydride éthanoïque Ref. 01099980 o Acide sulfurique concentré Ref. 01048980 o Acide salicylique Ref. 01045250 o Cyclohexane Ref. 01320980 o Acide méthanoïque Ref. 01030980 o Aspirine o Ethanoate de butyle Ref. 01247980 o Glace o Eau o Crayon à papier o Règle Remarques, astuces o La signification des termes «antalgique» et «antipyrétique» par l élève peut-être obtenue à l aide : - d un document annexe - du livre de l élève PIERRON 2011 Synthèse d une espèce chimique et identification (page 2)
Document du professeur 3/8 - d un moteur de recherche sur internet en salle pupitre o Lors de la synthèse de l aspirine, l erlenmeyer doit absolument être bien sec pour éviter l hydrolyse de l anhydride éthanoïque suivant une réaction rapide et totale. o Le bain-marie est préparé à l avance, il suffit d introduire de l eau très chaude (60 C) dans le cristallisoir et de maintenir la température à l aide de la plaque chauffante. o Pendant la durée de la synthèse de l aspirine, l élève répond aux questions a, b, c, d et e du protocole de l activité 1. o L eau glacée nécessaire à la séparation de l aspirine peut-être obtenue en plaçant des pissettes d eau distillée au réfrigérateur avant la séance de TP. o Pour la préparation de l éluant nécessaire à la chromatographie, réaliser dans un flacon de 250 ml, une solution contenant 120 ml d acétate de butyle, 80 ml de cyclohexane et 20 ml de d acide méthanoïque. o Pour saturer l atmosphère de la cuve en vapeur d éluant, on appliquera un papier filtre verticalement contre la paroi puis on versera l éluant. o Le cyclohexane est un solvant toxique, cela peut donner lieu à un rappel oral sur l utilisation des pictogrammes. L utilisation du cyclohexane est réalisée sous hotte aspirante en utilisant des gants. o Pour obtenir un meilleur résultat lors des chromatographies, on peut sécher les plaques de chromatographie dans une étuve quelques minutes. o En l absence d étuves et de sèche-cheveux, les radiateurs de la salle de classe ou une fenêtre entrouverte peuvent permettre un séchage satisfaisant des plaques de chromatographie après élution. o Pour réaliser les dépôts A, B et C lors de la chromatographie, on dilue dans 1 ml d acétate de butyle une petite quantité de solide (une pointe de spatule) pour ne pas saturer la couche de silice. o Pendant la durée de l élution, l élève répond aux questions a et b du paragraphe 2 de l activité 1 ainsi qu à la conclusion de cette activité. Prolongements o Activité documentaire sur l histoire de l apirine L'écorce de saule est connue depuis l'antiquité pour ses vertus curatives. Hippocrate médecin grec, conseillait déjà une préparation à partir de l'écorce du saule blanc pour soulager les douleurs et les fièvres. En 1763, le pasteur Edward STONE présente un mémoire devant la Royal Medicine Society sur l'utilisation thérapeutique de décoctions de l'écorce du saule blanc contre la fièvre. En 1829, Pierre-Joseph LEROUX, un pharmacien français, après avoir fait bouillir de la poudre d'écorce de saule blanc dans de l'eau, tente de concentrer sa préparation ; il en résulte des cristaux solubles qu'il baptise salicyline (de salix en latin qui signifie saule). Puis des scientifiques allemands purifient cette substance active, d'abord appelée salicyline, puis acide salicylique. PIERRON 2011 Synthèse d une espèce chimique et identification (page 3)
Document du professeur 4/8 Nom : Prénom : Classe : Date : Objectifs : Physique Chimie Thème : La Santé SYNTHESE D UNE ESPECE CHIMIQUE ET IDENTIFICATION - Mettre en œuvre un protocole expérimental pour réaliser la synthèse d une molécule - Mettre en œuvre un protocole permettant d identifier la molécule synthétisée. ACTIVITÉ 1 : Synthèse de l aspirine L acide acétylsalicylique, couramment appelé aspirine est le médicament le plus utilisé dans le monde. Aspirin est une marque déposée par l industriel Bayer. L acide acétylsalicylique présent dans l aspirine ainsi que dans d autres médicaments est utilisé pour ses propriétés antalgique et antipyrétique. L aspirine, solide blanc peu soluble dans l eau, peut être synthétisée en faisant réagir l acide salicylique avec l anhydride éthanoïque. L acide salicylique, d abord extrait de l écorce de saule, est fabriqué industriellement depuis la fin du XIX ème siècle. Rechercher la signification des termes «antalgique» et «antipyrétique». Antalgique : médicament qui permet d atténuer, voire de supprimer la douleur. Antipyrétique : substance chimique destinée à abaisser la température corporelle ou à diminuer la fièvre. 1. Protocole de la synthèse Dans un erlenmeyer bien sec de 250 ml introduire : 5,0 g d acide salicylique avec précaution, un volume de 10 ml d anhydride éthanoïque quelques gouttes d acide sulfurique concentré quelques grains de pierre ponce Cette partie de la manipulation sera effectuée sous la hotte aspirante. Placer l erlenmeyer dans un cristallisoir lui même placé sur un agitateur chauffant, Adapter sur l erlenmeyer un réfrigérant à eau et chauffer à reflux. Pour cela verser de l eau chaude à environ 60 C dans le cristallisoir et maintenir la température entre 50 C et 60 C en agitant. Laisser la réaction se dérouler pendant 15 minutes. PIERRON 2011 Synthèse d une espèce chimique et identification (page 4)
Document du professeur 5/8 a. Compléter le tableau ci-dessous en reliant chaque numéro à l élément correspondant : 1 Agitateur chauffant 2 cristallisoir 3 Réfrigérant à eau 4 Arrivée d eau 5 Erlenmeyer 6 Thermomètre 7 Sortie d eau b. Quel est le rôle de la pierre ponce? La pierre ponce permet de mieux réguler l'ébullition. c. Quel est le rôle du chauffage à reflux? Le chauffage à reflux permet d opérer à température maximale, ainsi la réaction chimique s effectue plus rapidement ce qui permet au chimiste de gagner du temps. d. Quel est le rôle du réfrigérant à eau? Le réfrigérant à eau permet de condenser les vapeurs qui s échappent de l erlenmeyer et ainsi éviter toute perte de matière. e. Sachant que l acide sulfurique est un catalyseur qui permet d accélérer la réaction, quels sont les réactifs utilisés pour réaliser la synthèse de l aspirine? Les réactifs sont l acide salicylique et l anhydride éthanoïque 2. Séparation de l acide acétylsalicylique Retirer l erlenmeyer du bain-marie et verser avec précaution par le sommet du réfrigérant, environ 30 ml d eau distillée froide, ceci dans le but d éliminer l anhydride éthanoïque qui n a pas réagi en le transformant en acide éthanoïque. Ôter le réfrigérant et agiter jusqu à apparition des premiers cristaux d aspirine. Ajouter à nouveau 30 ml d eau glacée dans l erlenmeyer et placer ce dernier dans un bain eau-glace pendant quelques minutes. Filtrer sur büchner en rinçant à l eau distillée glacée. Essorer les cristaux et les récupérer dans une coupelle. PIERRON 2011 Synthèse d une espèce chimique et identification (page 5)
Document du professeur 6/8 a. Annoter le schéma de la filtration sur Büchner ci-dessus à l aide des termes : Filtrat, fiole à vide, büchner, aspirine, papier filtre. b. Pourquoi l aspirine cristallise-t-elle lorsqu on ajoute de l eau glacée? L aspirine cristallise lorsqu on ajoute de l eau car l aspirine est peu soluble dans l eau. Le phénomène est accentué avec de l eau glacée car la solubilité d une espèce chimique diminue avec la température. 3. Conclusion : Compléter la réaction chimique ci-dessous : Acide salicylique + anhydride éthanoïque acide acétylsalicylique + acide éthanoïque ACTIVITÉ 2 : Identification de l aspirine par chromatographie 1. Préparation de la cuve de chromatographie : Dans une cuve à chromatographie, verser l éluant sur une hauteur de 1 cm. Couvrir la cuve. L éluant utilisé ici est une solution formée par le mélange de 60 ml d acétate de butyle, 40 ml de cyclohexane et de 10 ml d acide méthanoïque. 2. Préparation de la plaque de chromatographie : Prendre une plaque de silice sur support polyester sensible aux rayons ultra-violets, notés U.V. ATTENTION À NE PAS POSER LES DOIGTS SUR LA PLAQUE DE SILICE. Tracer au crayon un trait fin parallèle au bord inférieur de la plaque à une hauteur de 2 cm : c est la ligne de dépot. Y repérer trois positions équidistantes, notées A, B et C. Déposer : - en A : une petite goutte du produit synthétisé mis en solution dans l acétate de butyle, - en B : une petite goutte d aspirine pure mise en solution dans l acétate de butyle, - en C : une petite goutte d acide salicylique mis en solution dans l acétate de butyle. Après chaque dépôt, sécher rapidement à l aide d un sèche-cheveux. 3. Elution : Descendre la plaque dans la cuve de chromatographie : la technique choisie permet aux taches déposées de rester au-dessus de l éluant. Lorsque l éluant est à 1 cm environ du bord supérieur, sortir la plaque et noter, à l aide d un crayon, le niveau de l éluant : c est le front de l éluant. Sécher à l aide d un sèche-cheveux. PIERRON 2011 Synthèse d une espèce chimique et identification (page 6)
Document du professeur 7/8 4. Révélation : Les composés déposés ici sont incolores, il faut les révéler pour pouvoir analyser le chromatogramme. Placer la plaque obtenue sous une lampe à U.V et cercler les tâches ainsi révélées. 5. Analyse : a. Dessiner la plaque et les tâches obtenues à l échelle 1. b. Le produit synthétisé contient-il de l aspirine? Justifier Le produit synthétisé donne deux taches. L une est située au même niveau que celle obtenue avec l aspirine pure. Le produit synthétisé contient donc de l aspirine ; c. Le produit synthétisé est-il de l aspirine pure? Justifier Non. Le produit synthétisé donnant deux taches, il est donc constitué d un mélange de deux espèces chimiques. La seconde tache est située au même niveau que celle obtenue avec l acide salicylique. Le produit synthétisé est donc constitué d aspirine et d acide salicylique. d. Calculer les rapports frontaux de l aspirine et de l acide salicylique? R f (aspirine) = 2,6/4,3 = 0,60 ; R f (acide salicylique) = 3,5/4,3 = 0,81 PIERRON 2011 Synthèse d une espèce chimique et identification (page 7)
Document du professeur 8/8 e. La température de fusion du produit synthétisé est 138 C alors que celle de l aspirine est 136 C. Le résultat de la chromatographie permet-il d expliquer cette différence? Oui car la différence observée sur la température de fusion montre, comme le résultat de la chromatographie, que le produit synthétisé n est pas de l aspirine pure. PIERRON 2011 Synthèse d une espèce chimique et identification (page 8)