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1 1STL-SPCL Thème Chimie et développement durable – Synthèses chimiques (Cather

1 1STL-SPCL Thème Chimie et développement durable – Synthèses chimiques (Catherine BOUTON et Gérald FAYOLLE, lycée Paul Langevin de Beauvais) TP- Hémi-synthèse de l’aspirine Capacités théoriques et expérimentales abordées : - Choisir le matériel adapté pour prélever les réactifs nécessaires à un protocole de synthèse donné. - Justifier l’utilisation d’un montage à reflux. - Prélever les réactifs pour une synthèse. - Réaliser un montage à reflux. - Justifier le choix d’un solvant, pour extraire une espèce chimique d’un mélange réactionnel, à l’aide de données tabulées. - Expliquer le principe d’une recristallisation en justifiant le choix du solvant utilisé. - Réaliser une recristallisation, une filtration sous vide. - Expliquer le principe de la chromatographie sur couche mince. - Commenter la pureté d’un produit à l’aide d’une observation (CCM). - Effectuer une CCM et interpréter les chromatogrammes obtenus. - Mesurer une température de fusion. - Déterminer le réactif limitant d’une synthèse pour calculer le rendement en produit purifié en utilisant éventuellement un tableau d’avancement. Compétences Capacités associées abordées S’approprier Analyser/ Raisonner Réaliser Valider Communiquer Alerte chez Médicamex ! Le célèbre laboratoire pharmaceutique Médicamex connaît des difficultés financières. La société compte se relancer par la production d’un nouveau produit : de l’aspirine bio-sourcée sous le nom d’Aspirinex. M. Martin, récemment promu ingénieur en chef, doit repenser la synthèse de cette molécule, tombée dans le domaine public depuis un siècle. Il vous charge de vérifier que cette synthèse aboutit à un rendement satisfaisant en vue d’une éventuelle commercialisation fructueuse. 2 Document 1 : Histoire de l’aspirine L’histoire de l’aspirine commence plus de deux mille ans avant la découverte de l'acide acétylsalicylique qui est son principe actif. Dans l’Antiquité, les thérapeutes grecs avaient observé que les décoctions de certaines plantes pouvaient atténuer les douleurs. C’est ainsi qu’Hippocrate, aux environs de l’an 400 av JC recommandait une tisane de feuilles de saule pour soulager les douleurs. En 1825, Francesco Fontana, un pharmacien près de Vérone isola une substance active du saule blanc qu’il appela salicine. Quelques années plus tard, c’est un chimiste napolitain, Raffaele Piria, qui synthétisa l’acide salicylique à partir de la salicine. En 1874 un médecin anglais, Thomas Mac Lagan proposa un remède pour soigner le rhumatisme articulaire aigu à l’aide de la salicine. Il mena des essais cliniques sur des malades et les résultats furent au-dessus de ce qu‘il avait espéré. Mac Lagan venait de mettre en évidence les effets antipyrétiques, analgésiques et anti-inflammatoires de la salicine. Mais l’emploi de ce dernier était limité par son goût et surtout ses effets secondaires non négligeables (gastralgies en particulier). La solution future aux problèmes de tolérance fut découverte sans le savoir par un jeune chimiste français alsacien, Charles Frédéric Gehrardt en 1853, qui observa que l’acétylation de l’acide salicylique produisait un composé nouveau, l’acide acétylsalicylique, mais le procédé pour l’obtenir était long et complexe et le chercheur décida de remiser ce produit pour des études ultérieures. Sa mort prématurée trois ans plus tard mit fin à ses recherches et sa découverte resta inexploitée. Quarante ans plus tard un chimiste allemand, Felix Hoffman s’intéressa aux propriétés de l’acide salicylique. Il étudia les expériences de Gehrardt et développa de nouvelles voies de synthèses de l’acide acétylsalicylique. Il montra que le nouveau composé conservait les mêmes propriétés thérapeutiques que l’acide salicylique sans les effets secondaires. Il chercha un nom commercial, voulant rappeler l’extraction de l’acide salicylique à partir de plantes du genre spiroea. Il conserva la syllabe « spir », plaça le préfixe « a » pour rappeler le processus d’acétylation, ajoutant la désinence in, il aboutit à aspirine. C’était en 1899, l’âge de l’aspirine venait de commencer. La firme Bayer entreprit la fabrication industrielle de l’aspirine et le nom d’aspirine devint alors une marque déposée. La firme Bayer garda le monopole de sa fabrication jusqu’à la fin de la première guerre mondiale. À la suite du traité de Versailles de 1919 la marque aspirine est tombée dans le domaine public en France, en Angleterre et aux Etats-Unis. D’après MARCON Daniel – Lycée Blaise Cendrars – Sevran Groupe de réflexion voie technologique – Académie de Créteil – janvier 2014 3 Document 2 : Etapes de l’hémi-synthèse de l’aspirine Etape 1 : Extraction de la salicine des plantes La salicine est une espèce présente à l’état naturel dans certains végétaux, notamment la Reine des Prés ou le saule. Sa structure est proche de l’acide salicylique et elle peut être transformée en quelques étapes en aspirine. Etape 2 : Transformation de la salicine en acide salicylique. Lors de cette étape, on transforme la salicine en saligénine, puis ensuite on oxyde cette dernière molécule pour obtenir l’acide salicylique. Etape 3 : Synthèse de l’aspirine brute (acétylation de l’acide salicylique) Lors de cette étape, l’acide salicylique précédent est transformé en aspirine selon l’équation-bilan suivante : Etape 4 : Contrôle de pureté de l’aspirine brute. On vérifie dans cette étape la pureté de l’aspirine brute, c’est-à-dire de l’aspirine obtenue directement après la réaction. Elle n’est souvent pas pure et une ou plusieurs étapes de purification s’imposent. Etape 5 : Purification de l’aspirine Etape 6 : Contrôle de pureté de l’aspirine purifiée Adapté de : http://wiki.scienceamusante.net/index.php/Extraction_de_la_salicyline_de_plantes Document 3 : Quelques données pour l’extraction de la salicine Solvant Miscibilité avec l’eau Solubilité de la salicine Densité Teb Pictogrammes de sécurité Eau - 2,0g/L à 20°C Très soluble à chaud 1,0 100°C Ethanol oui Très soluble 0,79 79°C Ether diéthylique non Très soluble 0,71 35°C Cyclohexane non Très soluble 0,78 81°C 4 Document 4 : Acétylation de l’acide salicylique  Placer une pissette d’eau distillée dans le bac à glace.  Dans un ballon rodé de 250 mL muni d'un réfrigérant, placer 10 g d'acide salicylique et 30 mL d'anhydride éthanoïque.  Ajouter une pointe de spatule d'acide paratoluènesulfonique (APTS).  Adapter le réfrigérant, puis placer le ballon, sous agitation magnétique, dans un bain marie à 60°C pendant 30 minutes.  Enlever l’eau du bain marie et la remplacer par un mélange eau-glace  Par le haut du réfrigérant, introduire par petite fractions 150 mL d’eau froide  Refroidir jusque 10°C environ la solution, des cristaux se sont formés depuis la précédente étape.  Filtrer sur filtre Büchner pour récupérer l'aspirine produite ; la laver à l'eau distillée très froide.  Peser la masse de cristaux obtenus. Document 5 : Pictogrammes de sécurité Produits Pictogrammes Acide salicylique APTS Anhydride éthanoïque Document 6 : Techniques d’analyse À la fin d’une synthèse, il est important de contrôler le produit formé et récupéré. D’une part il s’agit de vérifier que l’on a bien obtenu le produit attendu, mais aussi de vérifier son degré de pureté (exprimé en pourcentage). Pour cela les laboratoires disposent de nombreuses techniques, plus ou moins complexes à mettre en œuvre. Le tableau ci-dessous recense certaines de ces méthodes, sans être exhaustif. Technique Cout du matériel Rapidité Précision Remarque CCM Faible +++ Ne quantifie pas Vu en 1ère Infrarouge (IR) 20 000 euros +++ + Quantification difficile Vu en 1ère Indice de réfraction 1 000 euros +++ + Quantification par étalonnage Que pour les liquides Vu en 1ère Température de fusion 2 500 euros ++ Ne quantifie pas Vu en 1ère Dosage Variable + +++ Vu en 1ère Pas toujours possible Résonnance Magnétique Nucléaire (RMN) A partir de 500 000 euros + +++ Vu en Tale 5 I- Analyse d’une hémi-synthèse historique En vous appuyant sur vos connaissances et sur les documents 1 et 2, répondre aux questions suivantes : Q1 : Quelle est la différence entre un médicament générique et un médicament « princeps » ? Q2 : Depuis quelle année la commercialisation de l’aspirine générique est-elle possible ? Q3 : Réaliser une frise chronologique indiquant les grandes dates aboutissant à la commercialisation de l’aspirine. Q4 : Une molécule issue d’une hémi-synthèse est une molécule dont une partie de la structure provient d’une molécule naturelle et une autre partie est synthétisée par l’homme. Pourquoi la synthèse de l’aspirine peut-elle être qualifiée d’hémi-synthèse ? II- Extraction de la salicine. L’extraction de la salicine consiste à laisser infuser les Reines-des-prés dans de l’eau bouillante. Après filtration puis refroidissement, une extraction par solvant de la salicine est réalisée. Q5 : Quels sont les critères de choix d’un solvant extracteur ? Q6 : Choisir, à l’aide du document 3, le solvant pour cette extraction. Justifier votre réponse. Document 7 : Principe d’une purification par recristallisation Consultez la fiche méthode sur Eduscol : https://eduscol.education.fr/rnchimie/recom/fiches/fiche6.pdf Document 8 : Données physico-chimiques sur quelques molécules Etat physique à 20°C Masse molaire (en g.mol-1) Masse volumique (en g.mL-1) Température de fusion (en °C) Acide éthanoïque Liquide incolore 60 1,05 16,6 Anhydride éthanoïque Liquide incolore 102 1,08 Acide salicylique Solide blanc 138 - 159 Acide acétylsalicylique Solide blanc 180 - 135 6 Q7 : Faire un schéma légendé de l’ampoule à décanter servant à l’extraction et indiquer les phases présentes et leur composition. III- Hémi-synthèse de l’aspirine. Mettre en œuvre l’étape 3 de l’hémi-synthèse de l’aspirine en suivant le protocole du document 4, en adoptant les consignes de sécurité adéquates (document 5). L’aspirine obtenue est uploads/Finance/ 1stl-spcl-tp-hemisynthese-aspirine.pdf