Économiser les ressources et respecter l'environnement
pchT_1309_04_01C
Agir
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CORRIGE
Antilles, Guyane • Septembre 2013
Exercice 2 • 11 points
L'ibuprofène est la substance active de nombreux médicaments de la classe des anti-inflammatoires non stéroïdiens. Cet anti-inflammatoire est aussi un analgésique (anti-douleur) et un antipyrétique (lutte contre la fièvre). On l'utilise par exemple pour soulager l'arthrite, les maux de tête ou encore les courbatures.
Dans les années 1960, les laboratoires Boots développent l'ibuprofène de formule brute C13H18O2 et proposent une voie de synthèse en six étapes (voir documents 1 et 2).
Dans les années 1990, la société BHC met au point un procédé reposant sur les principes de la chimie verte, une chimie qui réduit la pollution à la source et qui est plus respectueuse de l'environnement. La nouvelle voie de synthèse, beaucoup plus efficace que la voie traditionnelle, ne met en jeu que trois étapes (étapes 1, 2 et 3 du document 1). Ainsi la quantité du sous-produit est considérablement réduite, de plus l'unique sous-produit formé est valorisé.
1. Description de l'ibuprofène
La molécule d'ibuprofène possède deux stéréoisomères, notés R et S, représentés ci-dessous.
2. Analyse des voies de synthèse
Utilisation atomique : définition
L'efficacité d'un procédé est traditionnellement mesurée par le rendement chimique (qui ne tient pas compte de la quantité de sous-produits formés). Dans une optique de réduction de la pollution à la source, la chimie verte propose une évolution du concept d'efficacité qui prend en compte la minimisation de la quantité de déchets. L'indicateur de l'efficacité d'un procédé est l'« utilisation atomique (UA) ».
L'utilisation atomique est définie comme le rapport de la masse molaire du produit recherché sur la somme des masses molaires de tous les produits qui apparaissent dans l'équation stœchiométrique. Si les sous-produits de la réaction ne sont pas tous identifiés, alors la conservation de la matière permet de remplacer le dénominateur par la somme des masses molaires de tous les réactifs :
Utilisation atomique : 
D'après : http//culturesciences.chimie.ens.fr/node/787
Procédés Boots et BHC
Détail des étapes 2 à 6 du procédé Boots
3. Titrage d'un comprimé d'ibuprofène
Afin de réaliser le titrage de l'ibuprofène contenu dans un comprimé d'« ibuprofène 400 mg » :
- on réduit en poudre le comprimé dans un mortier à l'aide d'un pilon
- on sépare la molécule active des excipients par dissolution dans l'éthanol que l'on évapore ensuite (les excipients sont insolubles dans l'éthanol)
- on introduit la poudre obtenue dans un bécher et on ajoute environ 40 mL d'eau distillée
- le titrage est effectué à l'aide d'une burette graduée contenant une solution aqueuse d'hydroxyde de sodium
de concentration molaire apportée cb= 0,20 mol∙L-1. Le titrage est suivi par pH-métrie (les courbes obtenues sont tracées dans le document 3 ci-après).
Courbes pH = f(Vb) et 
.
Les courbes tracées suite au titrage pH-métrique sont :
pH 
(document 3).
? Justifier. (0,5 point)
À quel couple acide/base appartient l'ion hydroxyde HO– ? (0,5 point)
pKA
Placer sur un diagramme les domaines de prédominance des espèces du couple R–COOH/R–COO–.
En utilisant le document 3, déterminer quelle espèce prédomine en début de titrage. (0,5 point)
- l'incertitude sur la mesure du volume versé par cette burette est
Uvol
- l'incertitude sur la concentration en hydroxyde de sodium est
Ucb 
.
L'incertitude U(m) sur la masse est alors telle que :
.
Présenter le résultat de la valeur de la masse m sous la forme :
m
| Indicateur coloré | Couleur acide | Zone de virage | Couleur basique |
| Vert de bromocrésol | Jaune | 3,8-5,4 | Bleu |
| Phénolphtaléine | Incolore | 8,2-10 | Rose |
| Jaune d'alizarine | Jaune | 10,1-12,0 | Rouge-orangé |
Données
- Masse molaire de l'ibuprofène : M(C13H18O2)
= 206
. - Produit ionique de l'eau : Ke
= 1,0 × 10–14 à 25 ° C.
Notions et compétences en jeu
Connaître les groupes caractéristiques et la géométrie des molécules organiques • Connaître les mécanismes réactionnels • Connaître les propriétés des titrages • Calculer des incertitudes de mesure.
Conseils du correcteur
Partie 2
Partie 3
1. Description de l'ibuprofène
1 Reconnaître des groupes caractéristiques
Le groupe caractéristique oxygéné de la molécule d'ibuprofène est le groupe
Notez bien
Pour que des molécules soient diastéréoisomères, il faut qu'elles comportent au moins deux carbones asymétriques.
2 Reconnaître un carbone asymétrique
L'atome de carbone noté 2 est un carbone tétraédrique relié à quatre groupements différents. C'est un
3 Reconnaître les stéréo-isoméries
Les molécules R et S sont images l'une de l'autre dans un miroir et elles possèdent 1 carbone asymétrique. Ce sont donc des
2. Analyse des voies de synthèse
1 Extraire des informations
D'après le document 1, un procédé est d'autant plus efficace et d'autant moins polluant si son UA (utilisation atomique) est importante. Le procédé Boots est donc moins efficace et plus polluant que le procédé BHC : UA1
2 Connaître le rôle d'un catalyseur
À retenir
La catalyse est toujours recherchée en chimie verte.
Ni et Pd sont des symboles d'atomes, il s'agit respectivement de nickel et de palladium. Ces espèces ne participent pas à l'écriture de la réaction chimique. Elles ont pour rôle d'augmenter la vitesse de la réaction. Ce sont des
3 Reconnaître les mécanismes réactionnels
Dans l'étape 1, sur le cycle aromatique, un atome d'hydrogène est remplacé par un groupement carbonylé. C'est donc une
4 Reconnaître les mécanismes réactionnels
Dans l'étape 5 le groupement :
est remplacé par le groupement :
Il y a
3. Titrage d'un comprimé d'ibuprofène
1 Réaliser un schéma de montage
2 Connaître la définition de l'équivalence
Par définition, au moment de l'équivalence, les réactifs ont été introduits dans les proportions stœchiométriques. Cela correspond aussi au changement de réactif limitant.
3 1. Exploiter un graphe
Le dosage réalisé est celui d'un acide par une base, on doit donc avoir un pH qui augmente au fur et à mesure de l'ajout de la solution titrante. Cela correspond donc à la courbe 1.
L'autre courbe correspond à la variation du pH en fonction du volume soit 
.
2. Faire une lecture graphique
Sur la courbe 1, on peut utiliser la
4 Connaître les couples de l'eau
L'ion hydroxyde est la base du couple H2O / HO-.
5 Connaître les réactions acide-base
R-COOH
6 Connaître les conditions d'un titrage
À retenir
Les réactions de titrage sont toujours totales donc à écrire avec une flèche simple.
Pour être support d'un titrage, la réaction chimique doit être
7 Réaliser un diagramme de prédominance
D'après la courbe 1 du document 3, le pH au début du titrage vaut 2,7. L'espèce qui prédomine est donc l'espèce acide R-COOH.
8 Calculer le pH d'une solution. Connaître les conditions de sécurité
D'après les données du texte, cb
[HO-]
Par définition du produit ionique de l'eau :
Ke
On a donc [H3O+ ] 
mol.L-1
Par définition du pH :
pH
La solution utilisée pour le titrage est donc très concentrée. Pour l'utiliser, il faut mettre des gants, des lunettes de protection et porter une blouse.
9 Déterminer une quantité de matière à l'aide d'un titrage
D'après l'équation obtenue en
ni(ibu)
10 Calculer une masse
mi(ibu)
C'est une valeur égale à la valeur attendue. Le comprimé titré est indiqué comme « ibuprofène 400 mg ».
11 Calculer une incertitude
On utilise la relation donnée :
Attention
L'incertitude est à arrondir par excès et toujours avec un seul chiffre significatif après la virgule.
donc U(m)
Le titrage a donc permis de déterminer une masse d'ibuprofène dans un comprimé telle que :
m
12 Choisir un indicateur coloré
D'après la courbe 1 du document 3, à l'équivalence, le pH est aux alentours de 9. Il faut donc choisir un indicateur coloré dont la zone de virage contient le pH à l'équivalence. La
Les trois parties sont indépendantes.