CTM_Chapitre 7 TP 1 Comment synthétiser le paracétamol ? Avec quel rendement ? L’utilisation clinique du paracétamol (contraction de para-acétyl-amino-phénol) date de 1893. Le paracétamol est un composé organique ayant une activité analgésique et antipyrétique d'intensité comparable à celle de l'aspirine mais qui n’a pratiquement pas d'effet sur l'inflammation. Il n'a pas les effets secondaires de l'aspirine. La synthèse du paracétamol est réalisée par réaction de l'anhydride éthanoïque sur le 4-aminophénol Cette réaction, exothermique, produit également de l'acide éthanoïque : Données physicochimiques Composé Formule brute Aspect à 25 °C et 1 bar 4-aminophénol C6H7NO anhydride éthanoïque C4H6O3 solide blanc liquide incolore (densité : 1,08) peu soluble dans l’eau réagit avec l’eau (en donnant l’acide dont il est issu) θfusion = 186 °C θfusion = -73 °C θéb = 136 °C paracétamol C8H9NO2 solide blanc acide éthanoïque (acide acétique) CH3COOH liquide incolore Pictogramme s de danger Solubilité dans l’eau Température s de changement d’état Masse molaire 109,2 g.mol-1 102,9 g.mol-1 très grande 10 g.L-1 à 20°C solubilité de 0° 250 g.L-1 à 100°C C à 100°C θfusion = 168 °C 151,2 g.mol-1 θfusion = 17 °C 60,1 g.mol-1 Réflexions préliminaires 1. Entourer dans l’équation de la réaction de synthèse du paracétamol, les groupes caractéristiques justifiant la terminaison -ol du 4-aminophénol et du paracétamol. Rappeler le nom de ce groupe caractéristique. …………………………………………………………………………………………………………..……………… 2. Donner l’état physique (à 25 °C et sous 1 bar) des réactifs utilisés lors de la synthèse du paracétamol. ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………. 3. Observer les pictogrammes des réactifs utilisés Rechercher les risques inhérents à leur manipulation. S’organiser en conséquence. ……………………………………………………. ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………. Protocole expérimental Etape 1 1. Préparer un bain marie à 80 °C environ, à l’aide d’un récipient en verre rempli à moitié d’eau et de l’agitateur magnétique chauffant. 2. Dans un erlenmeyer propre et sec, peser une masse m = 2,7 g de para-aminophénol 3. Ajouter 20 mL de solution d’acide éthanoïque à 2 mol.L-1 à l’aide d’une éprouvette graduée. 4. Ajouter le turbulent et adapter le réfrigérant à air. 5. Chauffer au bain-marie 10 min à 80 °C, tout en agitant jusqu’à dissolution complète du paraaminophénol. 6. Sortir l’erlenmeyer du bain marie et refroidir le mélange (à 40 °C environ) en le plaçant sous un courant d’eau froide. 7. Apporter l’erlenmeyer sous la hotte puis ajouter lentement et en agitant, 3,5 mL d’anhydride éthanoïque (0,5 mL par 0,5 mL), à l’aide d’une pompe doseuse. 8. Remettre au bain-marie 10 min à 60°C en agitant. Montage expérimental Etape 2 1. Refroidir le mélange en plaçant l’erlenmeyer dans un bain d’eau glacée et attendre la cristallisation. 2. Avec précaution, frotter le fond de l’erlenmeyer avec une baguette en verre pour déclencher la cristallisation. 3. Lorsque la cristallisation est terminée, filtrer sous vide sur Büchner. 4. Rincer les cristaux avec un peu d’eau glacée. Etape 3 1. Transvaser les cristaux de paracétamol « brut » (avec le barreau aimanté) dans l’erlenmeyer rincé. 2. Ajouter, petit à petit, lentement, environ 20 mL d'eau bouillante à l’aide d’une éprouvette graduée. 3. Poser l’erlenmeyer sur la plaque chauffante et maintenir à ébullition, tout en agitant. 4. Si la redissolution n'est pas totale, ajouter encore 5 mL d'eau bouillante. 5. Refroidir doucement : d’abord à l’air, puis en faisant couler de l’eau sur l’extérieur de l’erlenmeyer, puis en le plaçant dans un bain d’eau glacée, jusqu’à la cristallisation totale du paracétamol. Filtrer sur Büchner, rincer avec un peu d’eau glacée. 6. Filtrer à nouveau sur Büchner. 7. Sécher les cristaux entre deux feuilles de papier filtre ou les placer à l’étuve. Etape 4 1. Mesurer et noter la masse de cristaux obtenus. …………..……………… 2. Mesurer et noter leur température de fusion à l’aide d’un banc Köfler. ……………………………… Commentaires sur la mise en œuvre du protocole Etape 1 : * Compléter les légendes du schéma. * Quel est le rôle du réfrigérant à air ? ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………. * Quel est le rôle de l’acide éthanoïque ? ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………. * Pourquoi chauffe-t-on le mélange après l’ajout d’acide éthanoïque ? ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………. * Justifier l’ajout lent d’anhydride éthanoïque au mélange acide acétique-4-aminophénol. Quelles autres précautions ont été prises ?....................................................................................................................................... ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………. Etape 2 : * Comment élimine-t-on l’excès d’anhydride éthanoïque en fin de réaction ? ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………. * Justifier le refroidissement du mélange réactionnel. ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………. * Après la filtration, pourquoi faut-il laver les cristaux à l’eau ? Pourquoi avec un minimum d’eau ? Pourquoi de l’eau glacée ? ……………………………………………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………. Etape 3 : On dissout les cristaux bruts de paracétamol dans un solvant tel que : - à chaud : le paracétamol et les impuretés sont solubles dans ce solvant. - à froid : le paracétamol est insoluble dans ce solvant tandis que les impuretés le sont. * Quel est le solvant utilisé ? ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………. * En déduire l’intérêt de cette étape. ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………. Etape 4 : * Calculer la masse maximale de paracétamol que l’on peut espérer obtenir lors de cette synthèse. ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………. * La comparer à celle obtenue expérimentalement et en déduire le rendement r de la synthèse. ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………. * Comparer la température de fusion du produit obtenu à celle du paracétamol. ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………. * Conclure sur la pureté du produit obtenu. ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………. Questions complémentaires * Associer à chaque étape du protocole, un titre parmi ceux proposés dans la liste suivante (attention, tous les noms ne serviront pas) : Distillation ; Purification ; Synthèse ; Analyse ; Isolation ; Décantation * Rappeler la verrerie utilisée pour mesurer : 20 mL d’eau et 20 mL d’acide éthanoïque ; 3,5 mL d’anhydride éthanoïque. Justifier ces choix. ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………. * Proposer au moins deux autres méthodes qui auraient pu permettre de de vérifier la pureté du produit synthétisé. ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………. Données complémentaires Spectre IR du para-aminophénol TRANSMITTANCE TRANSMITTANCE Spectre IR du paracétamol WAVENUMBER (cm-1) WAVENUMBER (cm-1)
