Exercice corrigé Ancien programme

Synthèse d'un médicament : la benzocaïne

La benzocaïne (4-aminobenzoate d'éthyle) est le principe actif de médicaments pouvant soulager la douleur. Il est présent, par exemple, dans une pommade qui traite les symptômes de lésions cutanées (brûlures superficielles, érythèmes solaires).

Dans la suite de l'exercice, la benzocaïne sera notée E, sa formule semi-développée est :

On se propose de préparer la benzocaïne en faisant réagir de l'acide 4-aminobenzoïque, noté ensuite HA, avec un composé liquide à température ambiante, l'éthanol.

L'équation de la réaction est :

Mode opératoire

Première étape : estérification

  •  Dans un ballon de 100 mL, introduire une masse de HA, solide constitué de cristaux blancs et un volume d'éthanol. Agiter doucement dans un bain de glace et ajouter peu à peu 2 mL d'une solution aqueuse concentrée d'acide sulfurique.
  •  Chauffer à reflux pendant une heure, puis laisser revenir le mélange à température ambiante.
  • Deuxième étape : séparation de la benzocaïne

  •  Verser le mélange très acide contenu dans le ballon dans un bécher et y ajouter peu à peu une solution saturée de carbonate de sodium en mélangeant le tout jusqu'à obtenir une solution ayant un pH voisin de 9. On observe un dégagement gazeux et la formation d'un précipité (sulfate de sodium).
  •  Filtrer le mélange pour éliminer le précipité.
  •  Placer le filtrat dans une ampoule à décanter, rincer le bécher avec 15 mL d'éther que l'on ajoute au contenu de l'ampoule, agiter l'ampoule et laisser décanter.
  •  Récupérer la phase organique dans un erlenmeyer, rincer de nouveau la phase aqueuse avec 15 mL d'éther, laisser décanter et joindre la phase organique à celle déjà présente dans l'erlenmeyer.
  •  Ajouter un peu de sulfate de magnésium anhydre au contenu de l'erlenmeyer, laisser au contact quelques minutes puis filtrer.
  •  Évaporer le solvant de la phase organique sous hotte  une huile apparaît qui se solidifie dans un bain de glace.
  •  Filtrer sur büchner  laver le solide obtenu à l'eau puis le sécher.
  •  Peser le solide obtenu.

Données.

  •  Valeurs de pKA à 25 °C : on rappelle que l'ion carbonate est une base.
  •  Quelques solubilités :

Solubilité dans 100 mL

HA : acide 4-aminobenzoïque

NaA : 4-aminobenzoate de sodium

E : benzocaïne

éthanol

éther

d'eau

très faible

très soluble

très faible

infinie

7,5 g

d'éthanol

11,3 g

très faible

20,0 g

 

infinie

d'éther

8,2 g

très faible

14,3 g

infinie

 
  •  Masse volumique de l'eau :   de l'éther : .

1. a. La benzocaïne est un ester. Recopier sa formule et entourer le groupe caractéristique justifiant l'appartenance à cette famille.

b. Écrire la formule semi-développée de l'acide HA.

2. À propos de la première étape

a. Quel est le rôle des ions hydronium apportés par l'acide sulfurique ?

b. Pourquoi chauffer à reflux ?

c. L'éthanol est le réactif en excès. Quel est l'intérêt d'un tel excès dans ce type de transformation chimique ?

3. À propos de la deuxième étape

a. Pourquoi ajouter la solution de carbonate de sodium ?

b. Quelle est l'espèce prédominante du couple présente dans le bécher après ajout de la solution de carbonate de sodium ? Justifier la réponse.

c. Pour la filtration, on utilise une filtration sous vide. Dans quelle phase se trouve cette espèce dans l'ampoule à décanter ?

d. Faire le schéma annoté de l'ampoule à décanter. Préciser sur le schéma les différentes phases.

e. Quel est le rôle du sulfate de magnésium ?

1. a.

b. Étant donnée l'équation de la réaction donnant la benzocaïne, on peut déduire que la formule développée de l'acide HA est :

2. a. Les ions hydronium sont des catalyseurs de la réaction. Ils sont donc là pour l'accélérer.

b. Le chauffage à reflux permet d'accélérer la réaction (facteur cinétique) sans perdre de matière par évaporation.

c. L'excès d'un réactif permet de déplacer l'équilibre et donc de former davantage de produit. L'excès améliore donc le rendement de la synthèse.

3. a. L'ion carbonate est une base, il va donc réagir avec les acides HA restants. La réaction a bien lieu puisque l'on observe un dégagement gazeux (de CO2).

b. L'ajout de carbonate se fait jusqu'à un pH égal à 9. On est donc très au-dessus du pKA du couple . L'espèce qui prédomine est donc la forme basique

c. Cette espèce est très soluble dans l'eau d'après les données du tableau, donc elle sera dans la phase aqueuse.

La densité d'une phase dépend essentiellement de la densité du solvant donc la phase aqueuse a une densité proche de 1 et la phase organique a une densité très proche de celle de l'éther 0,79. La phase qui se trouve en dessous dans l'ampoule à décanter est celle qui possède la densité la plus grande donc ici c'est la phase aqueuse.

d. 

e. Le sulfate de magnésium est anhydre donc, il va être avide d'eau. Il sert donc à éliminer des traces d'eau dans la phase aqueuse.

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