DS01 : Synthèse d’un solide :

L’aspirine C₉H₈O₄ (s) peut être synthétisée à partir d’acide salicylique C₇H₆O₃ (s)

et d’anhydride éthanoïque C₄H₆O₃ (ℓ).

L’équation de la réaction, associée à une transformation totale, s’écrit :

C₇H₆O₃ (s) + C₄H₆O₃ (ℓ) → C₉H₈O₄ (s) + C₂H₄O₂ (ℓ)

►  PROTOCOLE

SYNTHÈSE DE L’ASPIRINE

  Dans un ballon équipé d’un agitateur magnétique, introduire :

-  3,5 g d’acide salicylique,

-  5,0 mL d’anhydride éthanoïque,

-  10 gouttes d’acide phosphorique concentré.

   CHAUFFER à reflux pendant 20 min tout en agitant.

  LAISSER REFROIDIR puis ajouter, tout en agitant vigoureusement, 50 mL d’eau glacée.

  CONTINUER l’agitation pendant 15 min tout en refroidissant le ballon dans un bain d’eau glacée.

1.  Identifier le réactif limitant.

2.  Élaborer un protocole permettant d’isoler l’aspirine obtenue.

Justifier la technique choisie

3.  L’aspirine obtenue est analysée en déposant sur une plaque chromatographique

une solution :

-  D’aspirine brute en 1 ;

-  D’aspirine commerciale en 2 ;

-  D’acide salicylique en 3.

-  Interpréter le chromatogramme obtenu ci-dessous.

4.  Le rendement de la réaction est de 80 %.

La masse d’aspirine obtenue suffirait-elle à préparer un comprimé

contenant 500 mg d’aspirine ?

-  Données :

* Un anhydride d’acide résulte de l’élimination d’une molécule d’eau

entre deux molécules d’acide carboxylique. L’anhydride éthanoïque réagit

violemment avec l’eau pour donner de l’acide éthanoïque.

-  Le ballon dans lequel on verse l’anhydride éthanoïque doit être bien sec.

Correction

DS01 : Synthèse d’un solide 

1.  Identification du réactif limitant.

-  Masse d’acide salicylique : m₁ = 3,5 g,

-  Volume d’anhydride éthanoïque : V₂ = 5,0 mL,

-  Quantité de matière d’acide salicylique :

- 

-  Quantité de matière d’anhydride éthanoïque :

-   

-  Tableau d’avancement de la réaction :

C₇H₆O₃ (s) + C₄H₆O₃ (ℓ) → C₉H₈O₄ (s) + C₂H₄O₂ (ℓ)

-  La réaction se fait mole à mole.

-  L’anhydride éthanoïque est en excès.

-  L’acide salicylique est le réactif limitant.

-  Il se forme n₃ = 25 mmol d’aspirine.

2.  Protocole permettant d’isoler l’aspirine obtenue.

-  On place le ballon dans de l'eau glacée.

-  L'aspirine formée précipite : elle est ensuite filtrée sous Büchner.

-  on rince le ballon avec de l’eau distillée glacée.

-  Pour purifier cette aspirine, on effectue une recristallisation dans un mélange eau-alcool. 

-  Pour cela, on dissout les cristaux dans 10 mL d'éthanol à 95 ° en chauffant au bain-marie. 

-  Après dissolution complète, on ajoute 30 mL d'eau chaude. 

-  On laisse ensuite refroidir à température ambiante puis dans la glace : l'aspirine précipite. 

-  On filtre et on sèche à l'étuve les cristaux obtenus.

3.  Exploitation du chromatogramme :

-  Dépôt 1 : Aspirine brute : On observe deux taches. L’aspirine brute n’est pas pure.

Le mélange contient de l’aspirine commerciale (tache à la même hauteur que le dépôt 2)

et de l’acide salicylique (tache à la même hauteur que le dépôt 3)

-  Dépôt 2 : On observe une seule tache : aspirine commerciale (produit pur de référence)

-  Dépôt 3 : une seule tache : acide salicylique pur.

4.  Masse d’aspirine obtenue :

-  m = 0,80 m₃  avec m₃ = n₃ × M₃

-  Rendement de la réaction : 80 %

-  m = 0,80 × n₃ × M₃

-  m ≈ 0,80 × 2,5 × 10^–2 × 180,2

-  m ≈ 3,656 g

-  m ≈ 3,7 g

-  La masse d’aspirine obtenue suffit pour préparer un comprimé contenant 500 mg d’aspirine.

TP : Synthèse de l'aspirine

Cours : Synthèse de l'aspirine

DS : Fabrication et titrage de l'aspirine

DS02 (30 min) : Synthèse d’un liquide :

1.  Les 4 étapes de la synthèse chimie.

-  Étape 1 : prélèvement des réactifs : protocole (1)

-  Étape 2 : La transformation chimique : protocole (2)

-  Étape 3 : l’isolement du produit synthétisé A : protocole (3, 4, 5)

-  Étape 4 : l’analyse du produit synthétisé A : protocole (6).

2.  Schéma légendé du chauffage à reflux.

3.  L’eau ajoutée est salée et froide.

-  L’espèce synthétisé A est moins soluble dans l’eau froide et salée.

-  Avec de l’eau froide salée, on diminue au maximum la solubilité

de l’espèce synthétisé A dans la phase aqueuse.

4.  Ampoule à décanter :

-  Les différentes phases : phase organique et la phase aqueuse

-  l’espèce synthétisé A :  elle est peu soluble dans la phase aqueuse.

- Elle constitue principalement la phase organique.

-  les ions hydrogène H⁺ et sulfate SO₄^2– : les ions se trouvent dans

   la phase aqueuse.

- Ils sont insolubles dans la phase organique.

-  le 3-méthylbutan-1-ol restant : cette espèce chimique est peu soluble dans

   la phase aqueuse.

- Elle se trouve principalement dans la phase organique

-  L’acide éthanoïque en excès : il est très soluble dans l’eau.

- Il se trouve principalement dans la phase aqueuse.

-  La phase aqueuse est constituée principalement :

-  des ions hydrogène H⁺ et sulfate SO₄^2– 

-  de l’acide éthanoïque en excès 

-  de l’eau

-  La phase organique est constituée principalement :

-  De l’espèce synthétisé A 

-  du 3-méthylbutan-1-ol restant 

-  La phase organique est moins dense que la phase aqueuse.

- Elle se situe au-dessus de celle-ci.

-  Schéma :

5.  Rendement de la synthèse :

-  Dans le ballon :

-  20 mL de 3-méthylbutan-1-ol,

-  100 mL d’acide éthanoïque C₂H₄O₂ (ℓ)

-  Et environ 1 mL d’acide sulfurique concentré 2H⁺ (aq) + SO₄^2– (aq).

-  Les réactifs sont le 3-méthylbutan-1-ol et l’acide éthanoïque C₂H₄O₂

-  L’acide sulfurique catalyse la réaction d’estérification.

►  Étude des réactifs :

-  L’acide éthanoïque :

-  Masse molaire de l’acide éthanoïque : M₁ = 60 g . mol^–1

-  Masse volumique de l’acide éthanoïque : ρ₁ = d₁ × ρ_eau

-  Densité de l’acide éthanoïque : d₁ = 1,05

-  Masse volumique de l’eau : ρ_eau = 1,00 g . mL^–1

-  Volume de l’acide éthanoïque : V₁ = 100 mL

-  Quantité de matière d’acide éthanoïque : n₁

-   

-  Le 3-méthylbutan-1-ol :

-  Masse molaire du 3-méthylbutan-1-ol : M₂ = 88 g . mol^–1

-  Masse volumique du 3-méthylbutan-1-ol : ρ₂ = d₂ × ρ_eau

-  Densité du 3-méthylbutan-1-ol : d₂ = 0,81

-  Masse volumique de l’eau : ρ_eau = 1,00 g . mL^–1

-  Volume de 3-méthylbutan-1-ol : V₂ = 20 mL

-  Quantité de matière de 3-méthylbutan-1-ol : n₂

-   

-  Tableau d’avancement de la réaction :

C₂H₄O₂ (ℓ) + C₅H₁₂O (ℓ) → A (ℓ) + H₂O (ℓ)

-  La réaction se fait mole à mole.

-  L’acide éthanoïque est en large excès.

-  Le 3-méthylbutan-1-ol est le réactif limitant.

-  Il se forme n₃ = x_max = n_max = 0,18 mol du réactif A.

-  On obtient un volume V₃ = 18,1 mL de liquide :

-  Masse molaire du produit A : M₃ = 130 g . mol^–1

-  Masse volumique de l’acide éthanoïque : ρ₃ = d₃ × ρ_eau

-  Densité du produit A : d₃ = 0,87

-  Masse volumique de l’eau : ρ_eau = 1,00 g . mL^–1

-  Quantité de matière de l’espèce A : n₃

-   

-  Quantité de produit P effectivement obtenue n_P

-  n_P = n₃ = 0,12 mol

-  Rendement de la réaction :

-  On appelle rendement, noté η, de la synthèse, le quotient de la quantité de produit P

   effectivement obtenue n_P par la quantité maximale attendue n_max :

-   

-  Le rendement est voisin de 66 %.

6.  Protocole permettant de purifier le liquide obtenu.

-  La phase organique est constituée principalement :

-  De l’espèce synthétisé A  et du 3-méthylbutan-1-ol restant 

-  Comme ces deux espèces ont des températures d’ébullition différentes,

   on peut réaliser une distillation fractionnée.

-  Schéma du dispositif expérimental.

-  L’espèce la plus volatile est le 3-méthylbutan-1-ol : elle constitue le distillat.

-  En fin de distillation, l’espèce A se trouve dans le ballon.

-  ADDITIF :

-  Le 3-méthylbutan-1-ol :

-  Formule brute : C₅H₁₂O

- Formule semi-développée :

-  La molécule de 3-méthylbutan-1-ol :

-  Racine : butan– : 4 atomes de carbone.

-  Suffixe : ol (groupe hydroxyle – OH sur l’atome de carbone N° 1)

-  Préfixe : méthyl– : Groupe méthyl – CH₃ sur l’atome de carbone N° 3.

-  Le produit A : Acétate d’isoamyle : (odeur de banane)

-  Famille des esters :

-  Nom de l’ester :

-  Il découle de celui de l’acide carboxyle et de celui de l’alcool entrant dans

   la préparation de l’ester.

-  La numérotation se fait à partir de la fonction ester.

-  La chaîne principale est celle qui porte la fonction dérivée de l’acide carboxylique.

-  Le suffixe : …oate de …yle

-  Le terme oate est lié à l’acide carboxylique et le terme yle à l’alcool.

-  Racine : éthan– :  2 atomes de carbone (découle de l’acide éthanoïque)

-  Longueur de la chaîne provenant de l’alcool : but : 4 atomes de carbone.

-  La partie alkyle porte un groupement méthyl – CH₃ sur le carbone N° 3)

-  Préfixe : 3-méthyl

-  Nom : éthanoate de  3–méthylbutyle

-  Équation de la réaction :

DS : Synthétiser un arôme de banane

DS : Synthèse de l'éthanoate de 3-méthylbutyle.

TP : Synthèse d'un ester à l'odeur fruité