Le paracétamol est un médicament qui se rapproche de l'aspirine par ses propriétés analgésiques et antipyrétiques. Il est dépourvu d'action anti-inflammatoire, mais ne présente pas les contre-indications de l'aspirine. On l'obtient par réaction entre le 4-aminophénol ( ou para-aminophénol ) et l'anhydride éthanoïque en milieu aqueux. L’examen des sites donneurs et accepteurs de doublet d’électrons du 4-aminophénol et de l’anhydride éthanoïque montre que, théoriquement, plusieurs réactions entre ces deux molécules sont envisageables et peuvent conduire à un mélange d’espèces chimiques, notées A et B. L’analyse spectrale infrarouge du produit de synthèse purifié montre qu’une seule espèce chimique s’est réellement formée. 1. Entourer et nommer les groupes d’atomes caractéristiques du 4-aminophénol.

TPC11 : Synthèse du paracétamol - Correction

Le principe

Etude de la réaction

Spectre IR en phase gazeuse du paracétamol (a) et du 1-amino-4-hydroxybenzène (b)

Groupe hydroxyle

Groupe amine

2. Justifier que les atomes d’oxygène et d’azote de cette molécule soient des sites donneurs de doublet d’électrons.

Dans un édifice, un atome porteur d’un doublet non liant est un site donneur de doublet d’électrons. 3. En justifiant, situer les sites accepteurs de doublet d’électrons de l’anhydride éthanoïque. Dans un édifice, un site porteur d’une charge positive est un site accepteur de doublet d’électrons. Les deux atomes de carbone liés à l’oxygène ont des charges positives partielles car les liaisons sont

polarisées, l’oxygène étant plus électronégatif que le carbone. 4. Relier par une flèche les sites pouvant expliquer la formation d’une liaison entre les deux molécules.

5. Pour les deux molécules A et B possibles :

- préciser le groupe d’atomes caractéristique qui n’est pas modifié et celui qui a disparu. - donner la nature du groupe d’atomes caractéristique qui apparaît.

Pour la molécule A, le groupe hydroxyle n’est pas modifié, et il apparaît un groupe amide. Pour la molécule B, le groupe amine n’est pas modifié, et il apparaît un groupe ester. 6. En comparant les deux spectres infrarouge et en vous aidant de la fiche n°11 de votre livre (page 594),

montrer que le paracétamol correspond à la molécule A. La bande d’absorption du groupe amine primaire NH2, a disparu. 7. Écrire l’équation de la réaction de synthèse sachant qu’il se forme également de l’acide éthanoïque.

8. Que peut-on déduire sur le caractère donneur de doublets d’électrons de l’atome d’azote comparé à celui de l’atome d’oxygène ?

Cette réaction est sélective, car le caractère donneur de doublet d’électrons de l’atome d’azote est plus marqué que celui de l’atome d’oxygène.

Etape 1 : Dissolution du 4-aminophénol ( para-aminophénol) - Dans l’erlenmeyer, il a déjà été introduit successivement 2,70 g de 4-aminophénol, 50 mL d’eau et

3,5 mL d’acide éthanoïque pur. - Adapter un réfrigérant à air sur l’erlenmeyer et placer le dans un bain-marie à 80°C. Agiter régulièrement

jusqu’à dissolution complète du 4-aminophénol. - Laisser refroidir dans un bain d’eau froide. Pendant que la solution refroidit, répondre aux questions : 1. À partir des données, justifier l’état physique du 4-aminophénol avant d’être versé dans l’erlenmeyer. Le 4-aminophénol est solide, car sa température de fusion est de 186°C. 2. Pourquoi chauffe-t-on l’erlenmeyer pendant la dissolution ? La solubilité du 4-aminophénol dans l’eau est plus grande à chaud. 3. Au lieu de réaliser l’expérience avec un réfrigérant à air, on aurait pu utiliser un ballon surmonté d’un

réfrigérant à boules. Quel est le nom d’un tel montage ? Il s’agit d’un montage à reflux. Etape 2 : Synthèse du paracétamol - Enlever le réfrigérant à air et, sous la hotte, ajouter TRES lentement 3,5 mL d’anhydride éthanoïque,

tout en maintenant l’agitation. Le mélange s’échauffe rapidement. - L’addition terminée, adapter le réfrigérant à air et porter à 60°C avec le bain marie pendant 5 à 10

minutes. - Placer l’erlenmeyer dans de l’eau glacée et attendre la cristallisation du paracétamol. Pour aller plus vite,

vous pouvez mettre un peu de glace directement dans l’erlenmeyer. Pendant que la solution refroidit, répondre aux questions : 4. À partir des données, justifier l’apparition du précipité de paracétamol lors du refroidissement dans le

bain glacé. La solubilité du paracétamol dans l’eau est faible à froid.

Protocole expérimental

Données :

5. Réécrire la formule semi-développée de l’anhydride éthanoïque et entourer le groupe anhydre.

6. Réécrire la formule semi-développée du paracétamol et entourer le groupe amide.

7. Réécrire la formule semi-développée du 4-aminophénol et entourer le groupe amine.

8. Établir le tableau descriptif de l’évolution de la transformation chimique. Équation : C6H7NO + C4H6O3 ® C8H9NO2 + C2H4O2 État initial n1 n2 0 0 État final 0 n2 – n1 n1 n1 9. Calculer les quantités de matière des réactifs introduits.

n1 =m1

M1

=2,70109

= 0,0248 mol

m2 =ρ2 ×V2 =1,08×3,5= 3,78 g

n2 =m2

M2

=3,78102

= 0,037 mol

10. Quel est le réactif limitant ? Les nombres stœchiométriques des réactifs sont égaux. Le réactif limitant est donc celui introduit en plus petite quantité, c’est à dire le 4-aminophénol. 11. À partir du tableau, déduire la quantité de matière théorique de paracétamol susceptible d’être obtenue. Une mole de 4-aminophénol conduit à la formation d’une mole de paracétamol. Donc, 0,0248 mol de 4-aminophénol conduira à la formation de 0,0248 mol de paracétamol

théoriquement. 12. Quelle est la masse théorique de produit susceptible d’être obtenue ?

Etape 3 : Obtention du paracétamol brut - Filtrer les cristaux sous pression réduite avec un Büchner.

- Rincer l’erlenmeyer avec un peu d’eau glacée contenue dans le cristallisoir. - Sécher les cristaux obtenus sur papier filtre. Les placer dans une coupelle. - Sécher à l’étuve à 80°C. 13. Légender le dispositif � : fiole à vide

� : trompe à eau � : Büchner

� : papier filtre � : mélange solide-liquide

� : filtrat liquide

mpara = npara ×Mpara = 0,0248×151= 3,74 g

�

�

�

� �

�

Etape 4 : Caractérisation du produit obtenu 1ère méthode : Analyse par chromatographie sur couche mince des produits obtenus. Sur une plaque de silice sensible aux UV on effectue les dépôts suivants :

- paraminophénol (E) en solution dans l'éthanol ; - paracétamol brut (P1) en solution dans l'éthanol ; - paracétamol purifié (P2) en solution dans l'éthanol ; - paracétamol issu d'un comprimé pharmaceutique (P3) en solution dans l'éthanol ;

L 'éluant est un mélange organique complexe.

Après révélation, on obtient le chromatogramme suivant: 14. Interpréter le chromatogramme ci-contre. Lecture verticale :

Seule la substance P1 présente deux taches après élution. Toutes les autres substances sont des corps purs.

Lecture horizontale : Les taches de même niveau correspondent au même constituant. Le paracétamol purifié (P2) contient bien uniquement du paracétamol.

15. Peut-on utiliser la chromatographie sur couche mince pour vérifier la pureté du paracétamol ?

Oui, car si la substance ne présente qu’une seule tache après élution, elle n’est constituée que d’une seule espèce.

2ème méthode : Température de fusion. A l’aide du banc Kôfler étalonné, mesurer la température de fusion du composé synthétisé. Comparer la valeur obtenue à la température de fusion du paracétamol. 16. Quelle est la température de fusion du produit obtenu ? S’agit-il bien du paracétamol ? Sur la banc Köfler, la limite entre la phase solide et la phase liquide de l’échantillon se situe à 168°C. Le

produit obtenu est bien du paracétamol, car cette température correspond à la température de fusion de cette molécule.

E P1 P2 P3