Agir : Synthétiser des molécules/ Stratégie de la synthèse organique
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Agir : synthèse de l’aspirine TP A4 COMMENT SYNTHETISER UNE MOLECULE ORGANIQUE D’INTERET BIOLOGIQUE ? Compétences attendues : - Pratiquer une démarche expérimentale pour synthétiser une molécule organique d’intérêt biologique à partir d’un protocole. - Identifier des réactifs et des produits à l’aide de spectres et de tables fournis. Document n°1. Synthèse de l’aspirine Document n°2. Montage et filtration sur Buchner L’aspirine (acide acétylsalicylique) est connue pour ses propriétés antalgiques. Elle peut être synthétisée au laboratoire de deux façons différentes : A partir d’acide salicylique et d’anhydride éthanoïque selon l’équation de la réaction : A partir d’acide salicylique et d’acide éthanoïque. Acide salicylique acide éthanoïque acide acétylsalicylique eau Document n°3. Protocole de la synthèse dans les deux cas. Observer les pictogrammes des réactifs utilisés et s’organiser en conséquence. (1) Préparer un bain marie à 60°C dans un récipient. La température ne devra pas dépasser 80°C. (2) Dans un erlenmeyer sec, introduire : - une masse m précise d’environ 3,0 g d’acide salicylique en poudre (déjà pesée), un barreau aimanté. - un volume Van = 6,0 mL d'anhydride acétique ou Vac = 4,0 mL d’acide acétique prélevé au distributeur sous la hotte. 1/6 Agir : synthèse de l’aspirine - TP A4 6 gouttes d’acide sulfurique concentré avec un compte-goutte sous la hotte (le volume d’une goutte est estimé à 0,05 mL). (3) Adapter un réfrigérant à eau sur l’erlenmeyer puis chauffer le mélange au bain marie pendant 20 min environ en maintenant une agitation douce. (4) Au bout de 20 min, cesser de chauffer, sortir l’erlenmeyer du bain marie sans débrancher le réfrigérant. Laisser refroidir l'erlenmeyer. (5) Ajouter par le sommet du réfrigérant, environ 10 mL d'eau distillée mesurée à l'aide de l'éprouvette graduée afin de détruire l’excès d’anhydride éthanoïque, en prenant garde aux vapeurs chaudes et acides. (6) Quand l'ébullition est calmée, ajouter 20 mL d'eau distillée glacée, arrêter la circulation d'eau et ôter le réfrigérant. Rajouter encore 30 mL d'eau glacée. On pourra éventuellement initier la cristallisation en grattant le fond de l’erlenmeyer avec un agitateur en verre. (7) Placer l'erlenmeyer dans un bain d'eau glacée (eau froide + glaçons) pendant 10 minutes. Ne pas agiter ! (8) Filtrer les cristaux obtenus sur filtre Buchner et les rincer à l'eau distillée froide. Document n°4. Identification du produit. Par chromatographie : (9) Verser 5 mL d'éluant dans le bécher à chromatographie (éluant déjà préparé). Sur la plaque CCM, pour chaque solution, faire les dépôts (vérifier les dépôts sous UV). C : solution dans l’éthanol d’aspirine contenue dans un Comprimé. AS : solution dans l’éthanol d’Acide Salicylique (déjà prêt). S : solution dans l’éthanol des cristaux Synthétisés. Mettre à éluer. Révéler sous UV et entourer les taches observées. Par RMN (10) 2/6 Agir : synthèse de l’aspirine TP A4 Document n°5. Rendement d’une synthèse Le rendement r d’une synthèse est le rapport de la masse de produit réellement obtenue à la masse de produit que l’on obtiendrait en considérant la réaction comme totale soit : r masseobtenue massemax imale Questions : Pour répondre aux questions, vous pourrez vous aider de la préparation et du tableau des données. 1. Etapes d’une synthèse Le protocole d’une synthèse organique peut se découper en plusieurs étapes. Associer pour le protocole réalisé les numéros indiqués sur le protocole aux trois étapes d’une synthèse : transformation, traitement et identification. 2. Identification des espèces chimiques mises en jeu a. Nommer le produit d’intérêt (l’espèce que l’on souhaite effectivement synthétiser). Quel est le sous-produit formé ? b. La réaction est-elle une réaction d’élimination, substitution ou d’addition ? c. Retrouver alors le rôle respectif des différentes espèces chimiques introduites. d. Un solvant est-il introduit dans cette synthèse ? e. Déterminer les quantités de matière des réactifs introduits. f. Quel est le réactif limitant ? g. Calculer le rendement de chaque réaction de synthèse. 3. Choix des paramètres expérimentaux (température, solvant, durée de la réaction, pH…) Préciser quels paramètres expérimentaux sont spécifiés dans le protocole et leur effet sur la réaction chimique. 4. Choix du montage et des techniques expérimentales utilisées Le montage utilisé lors de la transformation est un chauffage à reflux. a. b. Justifier le choix du montage et de la technique utilisée lors de l’opération de séparation. Expliquer le double rôle de l’ajout d’eau réalisée à l’étape (5) et (6) du protocole avec l’anhydride acétique et le simple rôle dans la synthèse avec l’acide éthanoïque. 5. Aspects liés à la sécurité Indiquer quelles précautions ont été prises lors des manipulations. 6. Choix de l’analyse du produit a. Indiquer le résultat de l’analyse du produit obtenu b. Proposer une autre méthode d’identification de l’acide acétylsalicylique. 7. Avantages et inconvénients des deux protocoles Discuter du choix des espèces chimiques utilisées dans l’un et l’autre des protocoles et du choix du réactif limitant en prenant en compte les coûts. 3/6 Agir : synthèse de l’aspirine TP A4 8. Mécanisme réactionnel 1. 2. 3. 4. 5. 4/6 Agir : synthèse de l’aspirine Données : Nom TP A4 Acide salicylique Acide acétylsalicylique Acide éthanoïque Anhydride éthanoïque Formule Masse molaire (g.mol-1) Etat physique à 20°C Température d’ébullition Température de fusion Acide sulfurique H2SO4 138 solide 180 solide 158 °C 135°C (risque de décomposition vers 80 °C) 60 liquide 118°C 102 liquide 136°C 98 liquide 336 °C 1,05 1,08 1.84 densité Solubilité dans l’eau Très soluble dans l’eau Eau froide : peu soluble Eau chaude : soluble Eau froide : peu soluble Eau chaude : soluble Soluble S’hydrolyse facilement Très soluble dans l’eau Pictogramme remarques Prix 1 kg : 30 € 1L : 18 € S’hydrolyse au contact de l’eau en donnant de l’acide éthanoïque : réaction lente à froid et assez violente à chaud 1 L : 10 € on utilise ici une solution très concentrée : 5 mol/L 5/6 Agir : synthèse de l’aspirine TP A4 Matériel nécessaire : Binôme : Bureau : - Capsule d’acide salicylique 3,0g - 12 Filtres pour filtration sur Buchner - Dispositif de chauffage à reflux avec erlenmeyer sec - Pics en bois - - Comprimé d’aspirine Bain marie avec agitateur magnétique - - Solution alcoolique d’acide salicylique Barreau aimanté - Dispositif de filtration sur Buchner - Plaque de CCM - Cuve avec éluant + couvercle - Agitateur en verre - Glace pilée - Eau distillée glacée (au moins 200mL par groupe) - Eprouvette 20mL et 50mL - Agitateur en verre - 1 petit cristallisoir - 2 béchers 100mL - thermomètre Sous la hotte : - Anhydride acétique dans distributeur réglé sur 6mL - Acide acétique dans distributeur réglé sur 4L - Acide sulfurique dans distributeur 0,3mL - 12 cuves avec éluant pour aspirine Matériel nécessaire : Binôme : Bureau : - Capsule d’acide salicylique 3,0g - 12 Filtres pour filtration sur Buchner - Dispositif de chauffage à reflux avec erlenmeyer sec - Pics en bois - - Comprimé d’aspirine Bain marie avec agitateur magnétique - - Solution alcoolique d’acide salicylique Barreau aimanté - Dispositif de filtration sur Buchner - Plaque de CCM - Cuve avec éluant + couvercle - Agitateur en verre - Glace pilée - Eau distillée glacée (au moins 200mL par groupe) - Eprouvette 20mL et 50mL - Agitateur en verre - 1 petit cristallisoir - 2 béchers 100mL - thermomètre Sous la hotte : - Anhydride acétique dans distributeur réglé sur 6mL - Acide acétique dans distributeur réglé sur 4L - Acide sulfurique dans distributeur 0,3mL - 12 cuves avec éluant pour aspirine 6/6
