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HÉMISYNTHÈSE DE L'ASPIRINE AU LABORATOIRE (6,5 points)


L'aspirine ou acide acétylsalicylique a pour formule :



1. Recopier la formule puis entourer et nommer les deux groupes
fonctionnels (ou caractéristiques).

2. L'aspirine peut être obtenue par action de l'acide acétique ou
éthanoïque sur le groupe hydroxyle -OH de l'acide salicylique de formule :

Comment appelle-t-on cette réaction ?
2.2. Écrire l'équation de la réaction modélisant cette transformation en
utilisant les formules semi-développées.
2.3. Quelles sont ses principales caractéristiques ?

3. Étude théorique de la réaction entre l'acide acétique et l'acide
salicylique.


On considère la transformation effectuée à partir d'un mélange initial de
0,10 mol d'acide acétique et 0,10 mol d'acide salicylique.


3.1. Compléter le tableau descriptif de l'évolution du système chimique (ou
tableau d'avancement) donné en annexe à rendre avec la copie. On notera
l'acide salicylique ROH et l'acide acétique RCO2H.


3.2.1. Exprimer le quotient de réaction Qr en fonction de l'avancement x de
la réaction.
3.2.2. Calculer sa valeur Qr,i dans l'état initial.
3.2.3. Sachant que pour cette réaction la constante d'équilibre K = 7,0 (
10 -3, préciser le sens d'évolution de la réaction.


3.3.1. En appelant xf l'avancement final correspondant à l'état
d'équilibre du système, montrer que la constante d'équilibre associée à
l'équation de la réaction se met sous la forme K = [pic].
3.3.2. En déduire la valeur numérique de xf.
3.3.3. Définir le taux d'avancement final de la transformation.
3.3.4. Montrer qu'il est inférieur à 8%.


4. Une autre méthode de préparation.
Le taux d'avancement étant très faible, on préfère préparer l'aspirine en
faisant réagir l'acide salicylique sur de l'anhydride éthanoïque.
Dans un ballon bien sec, on introduit avec précaution :
- 10,0 g d'acide salicylique ;
- 12 mL d'anhydride éthanoïque mesurés à l'éprouvette graduée ;
- quelques gouttes d'acide sulfurique concentré.
On réalise le montage représenté ci-contre puis on chauffe le mélange
réactionnel au bain-marie à 60 °C pendant une vingtaine de minutes.



Questions concernant le protocole opératoire :


Comment nomme-t-on ce type de montage ?
Quel est le rôle du réfrigérant à boules ?
Pourquoi chauffe-t-on le mélange réactionnel ?
Quel est le rôle de l'acide sulfurique ?
Pourquoi faut-il utiliser un ballon bien sec ?
Quelles précautions faut-il prendre pour introduire l'anhydride éthanoïque
et l'acide sulfurique
concentré dans le ballon ?

4.2. Après 20 minutes de chauffage, on sort le ballon du bain-marie sans
couper la circulation d'eau puis on introduit par le haut du réfrigérant 10
mL d'eau distillée destinés à hydrolyser l'excès d'anhydride acétique puis,
quand l'ébullition cesse, 50 mL d'eau distillée glacée. Les cristaux
d'aspirine précipitent dans le ballon.
Après cristallisation complète, on filtre sur büchner, on rince les
cristaux puis on les place à l'étuve à
80 °C pour les faire sécher. La masse expérimentale d'aspirine obtenue est
: mexp = 10,8 g.
L'équation de la réaction modélisant cette transformation est indiquée ci-
dessous :







4.2.1. Montrer que l'anhydride acétique a été introduit en excès (on
pourra s'aider d'un tableau
d'avancement).
Calculer la masse théorique mth d'aspirine que l'on peut obtenir en
considérant cette transformation
comme totale.
Définir et calculer le rendement de cette transformation.

Données :
Masses molaires : - de l'anhydride acétique : Manh. = 102 g.mol-1
- de l'aspirine : Masp. = 180 g. mol-1
- de l'acide salicylique : Mac. = 138g.mol-1


Masse volumique de l'anhydride éthanoïque : ( = 1,08 g.mL-1'



FEUILLE ANNEXE RELATIVE A L'EXERCICE III



HÉMISYNTHÈSE DE L'ASPIRINE AU LABORATOIRE......




À RENDRE AVEC LA COPIE





Hémisynthèse de l'aspirine au laboratoire




3.1. Tableau d'avancement


|Équation | |
|Quantité de | | | | |
|matière dans | | | | |
|l'état initial | | | | |
|(en mol) | | | | |
|Quantité de | | | | |
|matière en | | | | |
|cours de | | | | |
|transformation | | | | |
|(en mol) | | | | |
|Quantité de | | | | |
|matière | | | | |
|théorique dans | | | | |
|l'état final | | | | |
|(en mol) | | | | |
|Quantité de | | | | |
|matière dans | | | | |
|l'état final | | | | |
|(en mol) | | | | |
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HÉMISYNTHÈSE DE L'ASPIRINE AU LABORATOIRE (6,5 points)

1. aspirine ou acide acétylsalicylique






Remarque : le groupe se nomme groupe acétyle.

2.1. Cette réaction est appelée une estérification.
2.2.

+ = + H2O


acide salicylique acide éthanoïque acide acétylsalicylique
eau
2.3. L'estérification est une transformation lente et limitée.

3. Étude théorique de la réaction entre l'acide acétique et l'acide
salicylique.

|3.1.Équation | ROH + RCO2H = |
| |ester + H2O |
|Quantité de |0,10 |0,10 |0 |0 |
|matière dans | | | | |
|l'état initial | | | | |
|(en mol) | | | | |
|Quantité de |0,10 - x |0,10 - x |x |x |
|matière en | | | | |
|cours de | | | | |
|transformation | | | | |
|(en mol) | | | | |
|Quantité de |0,10 - xmax|0,10 - xmax =|xmax |xmax |
|matière |= 0 |0 | | |
|théorique dans | | | | |
|l'état final | | | | |
|(en mol) | | | | |
|Quantité de |0,10 - xf |0,10 - xf |xf |xf |
|matière dans | | | | |
|l'état final | | | | |
|(en mol) | | | | |


3.2.1. Qr = [pic] = [pic]= [pic]
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.
3.3.1. K = Qr,éq = [pic] = [pic]
3.3.2. [pic] = K soit [pic] = [pic]

en considérant +[pic]: en considérant - [pic] :
xf = 0,10.[pic] - xf . [pic] xf = - 0,10.[pic] + xf .
[pic]
xf + xf . [pic] = 0,10. [pic] xf - xf . [pic] =
- 0,10. [pic]
xf (1+[pic]) = 0,10. [pic] xf (1-[pic]) = - 0,10.
[pic]
xf = [pic] xf = [pic]
xf = [pic] xf = [pic]
xf = 7,7(10-3 mol xf = - 9,1(10-3 Cette
solution est chimiquement La valeur numérique de xf est 7,7(10-3 mol.
impossible, puisque xf doit être positif.
3.3.3. Le taux d'avancement final est défini par ( = [pic].
3.3.4. D'après le tableau d'avancement xmax = 0,10 mol. Donc ( = [pic]=
7,7(10-2 = 7,7 % < 8,0 %
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.
Pour l'anhydride éthanoïque : nanh = [pic] or manh = (.V
donc nanh = [pic]
nanh = [pic]= 0,13 mol
Pour l'ac