Hémisynthèse de l`aspirine au laboratoire 6,5pts

Amérique du Sud 2003
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HÉMISYNTHÈSE DE L'ASPIRINE AU LABORATOIRE (6,5 points)
1.
O
aspirine ou acide acétylsalicylique
C
O
O
C
groupe ester
CH3
groupe
carboxyle
OH
O
Remarque : le groupe
C
CH3
se nomme groupe acétyle.
3333
2.1. Cette réaction est appelée une estérification.
O
2.2.
C CH3
OH
O
O
+ CH3 – C
=
O
O
C
C
OH
OH
OH
acide salicylique
acide éthanoïque
acide acétylsalicylique
2.3. L'estérification est une transformation lente et limitée.
+ H2 O
eau
3. Étude théorique de la réaction entre l'acide acétique et l'acide salicylique.
3.1.Équation
ROH
+
R’CO2H
=
ester
+
H2 O
Quantité de matière
0,10
0,10
0
0
dans l'état initial (en mol)
Quantité de matière
en cours de
0,10 – x
0,10 – x
x
x
transformation (en mol)
Quantité de matière
théorique dans l'état final 0,10 – xmax = 0 0,10 – xmax = 0
xmax
xmax
(en mol)
Quantité de matière
0,10 – xf
0,10 – xf
xf
xf
dans l'état final (en mol)
x x
2
.
ester .  H 2O 

x


V
V
3.2.1. Qr =
=
=
 ROH .  R ' CO2 H   0,10  x  . 0,10  x   0,10  x 
 V
 V




Remarque : L'eau doit apparaître dans l'expression du quotient de réaction, il s'agit d'un produit et elle ne
joue pas le rôle de solvant.
3.2.2. Qr,i = 0 puisque dans l'état initial l'avancement x est nul.
3.2.3. Qr,i < K, d'après le critère d'évolution spontanée, la réaction d'estérification prédomine sur la
réaction d'hydrolyse. La transformation chimique évolue dans le sens direct.
2


ester éq .  H 2O  éq
xf
3.3.1. K = Qr,éq =
=

 ROH éq .  R ' CO2 H  éq  0,10  x f 

xf
3.3.2. 
 0,10  x f

2

 =K


soit
xf > 0 et 0,10 – xf > 0 donc on ne retient que la solution
xf
0,10  x f
xf
0,10  x f
=
= K
K
xf = 0,10. K – xf . K
xf + xf . K = 0,10. K
xf (1+ K ) = 0,10. K
0,10 K
xf =
1 K
xf =
0,10 7, 0 10 3
1  7, 0 10 3
xf = 7,710–3 mol
3.3.3. Le taux d'avancement final est défini par  =
xf
xmax
.
3.3.4. D'après le tableau d'avancement xmax = 0,10 mol. Donc  =
7, 7 10 3
= 7,710–2 = 7,7 % < 8,0 %
0,10
4. Une autre méthode de préparation.
4.1.1. Il s'agit d'un montage de chauffage à reflux.
4.1.2. Le réfrigérant à boules permet de refroidir les vapeurs issues du milieu réactionnel. Ainsi les espèces
chimiques se condensent (=redeviennent liquides) et retombent dans le milieu réactionnel. Le réfrigérant à
boules permet de chauffer sans perte de matière.
4.1.3. La température est un facteur cinétique. En chauffant la température augmente, ainsi la
transformation chimique est plus rapide.
4.1.4. L'acide sulfurique est un catalyseur, il augmente la vitesse de réaction mais sans modifier l'état final.
4.1.5. La verrerie utilisée doit être bien sèche car l'anhydride éthanoïque réagit très facilement avec l'eau
pour former de l'acide éthanoïque. Dans ce cas la synthèse de l'aspirine ne serait plus totale.
4.1.6. Il faut travailler sous hotte, porter une blouse, des lunettes et des gants car l’anhydride éthanoïque et
l’acide sulfurique sont corrosifs.
4.2.1. Calculons les quantités de matière initiales.
m
 .V
Pour l'anhydride éthanoïque : nanh = anh
or manh = .V
donc nanh =
M anh
M anh
1,08 12
= 0,13 mol
102
m
nac = ac
M ac
nanh =
Pour l'acide salicylique :
10, 0
= 7,2510–2 mol
138
On a nanh > nac , donc d'après l'équation chimique l'anhydride éthanoïque est en large excès.
4.2.2. D'après l'équation chimique et en considérant la réaction comme totale, on a nac = nasp.
m
nac = th , soit mth = nac.Masp
M asp
nac =
mth = 7,2510–2  180
mth = 13,0 g
4.2.3. Rendement  =
=
(calcul effectué avec la valeur non arrondie de nac)
mexp
xf
xmax
10,8
= 0,83 = 83 %
13, 0
=
mexp
M asp
=
mth
mth
M asp