EXERCICE III. Aspirine de synthèse 4pts

Nouvelle Calédonie Novembre 2007 Correction
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EXERCICE III. ASPIRINE DE SYNTHÈSE (4 points)
Calculatrice interdite
1. Nécessité de l'aspirine de synthèse
( Quarante mille tonnes d'aspirine : 40 ( 103 t = 4,0 ( 104 t = 4,0 ( 107
kg
( Un saule pourrait fournir 2,6 kg donc il faudrait : [pic]= 15 ( 106
saules
( Un saule couvre une superficie de 20 m² , donc la surface en m² serait :
15 ( 106 ( 20 = 30 ( 107 m²
Or 1 ha = 10 ( 103 m² donc la surface en ha est : [pic]= 3,0 ( 104 ha
La surface de Paris couvre 1,05 ( 104 ha : ainsi il faudrait couper des
saules sur une surface de terre équivalente à environ trois fois la
superficie de Paris chaque année ....
Le résultat confirme bien la nécessité de synthétiser l'aspirine car
quelques usines de production d'aspirine occupent une surface nettement
moins importante. 2. Synthèse de l'aspirine en laboratoire
2.1.
2.2. Ordre des étapes : 1-Étape D - Introduire dans un ballon 5,0 g d'acide salicylique, 10 mL
d'anhydride éthanoïque et quelques gouttes d'acide sulfurique.
2- Étape B - Réaliser un montage de chauffage à reflux et chauffer
pendant une vingtaine de minutes.
3-Étape A - Ajouter de l'eau froide dans le milieu réactionnel.
4-Étape E - Filtrer sur büchner le mélange obtenu et récupérer les
cristaux d'aspirine.
5-Étape C - Les cristaux récupérés sont impurs. Les purifier par
recristallisation. Filtrer de nouveau sur büchner et peser les cristaux
récupérés. 2.3. La réaction entre l'acide salicylique et l'anhydride éthanoïque est
une réaction d'estérification. (Le groupe hydroxyle OH situé sur le noyau
benzénique est transformé en groupe ester).
On aurait pu remplacer l'anhydride éthanoïque par l'acide éthanoïque. Mais
l'estérification avec un acide carboxylique est lente et limitée.
L'utilisation de l'anhydride éthanoïque a deux avantages :
- la transformation est rapide à chaud
- la transformation est totale (car la réaction inverse d'hydrolyse
est impossible). 2.4. L'acide sulfurique joue le rôle de catalyseur. Il accélère la
réaction. 2.5. Le montage à reflux permet de chauffer
le mélange réactionnel et donc
d'accélérer la réaction car la
température est un facteur cinétique.
Mais en chauffant, les espèces du
mélange réactionnel se vaporisent.
Pour éviter les pertes de matière et
la libération de vapeurs nocives, le
réfrigérant condense (liquéfie) les
vapeurs formées qui retombent
(refluent) dans le ballon.
2.6.1. Soient a.s. l'acide salicylique et a.e. l'anhydride éthanoïque,
calculons les quantités initiales des réactifs : ni(a.s) = [pic]
ni(a.s) = [pic]= 0,036 mol
ni(a.e) = [pic]
ni(a.e) = [pic]= 0,11 mol unités : 1,08(103 kg.m-3 = 1,08 g.cm-3 et
10 mL = 10 cm3
Si l'acide salicylique est limitant alors : xmax = ni(a.s) = 0,036 mol
Si l'anhydride éthanoïque est limitant alors : xmax = ni(a.e) = 0,11
mol > 0,036 mol
Le réactif en excès est celui qui auquel est associé la plus grande valeur
de xmax : il s'agit bien l'anhydride éthanoïque.
|2.6.2.Équation | |
|chimique : | |
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| |Avancement|Quantités de matière (en mol) |
|État |0 |0,036 |0,11 |0 |0 |
|initial | | | | | |
|État |x |0,036 - x |0,11 - x |x |x |
|intermédia| | | | | |
|ire | | | | | |
|État final|xf |0,036 - xf |0,11 - xf |xf |xf |
Le rendement , exprimé en %, est : r = [pic] = 100 ( [pic] xf = [pic] or ici mexp(asp) = 6,0 g donc xf = [pic]= 0,033 mol Et xmax = 0,036 mol (cf. 2.6.1.) En reportant dans r : r = [pic]= 100 ( 0,92 = 92 %. Le rendement est grand mais différent de 100 %. Une partie de l'ester est
vraisemblablement perdue au cours de la recristallisation. 3. Mise en solution d'un comprimé d'aspirine simple
3.1. AH + H2O = A - + h3o+
3.2. Concentration molaire cs en soluté apporté :[pic] cS = [pic]= 1,4 ( 10-2 mol.L-1 3.3.1. Diagramme de prédominance :
3.3.2. L'aspirine est assimilée sous forme d'acide acétylsalicylique AH
dans l'estomac
car pH = 2 < pKa = 3,5.
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Groupe ester
CH3 O C O OH O C + = + CH3 O C O O C CH3 OH OH O C H3C C O
( sortie d'eau (tiède) ( réfrigérant à boules ( entrée d'eau (froide) ( ballon à fond rond ( chauffe ballon ( support élévateur OH CH3 O C O OH O C Groupe CARBOXYLE A- prédomine AH prédomine
2 3,5 pH estomac
pKa (AH/A-) pH