Physiks & Chimie

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Physique et Chimie D.S. n°2

Synthèse de la lidocaïne d’après bac Réunion 2010 (16 points)

1. groupe amide (1).

2. Le volume V2 doit être mesuré avec une précision de 0,1 mL : il faut utiliser la pipette jaugée de 10 mL (0,5).

Le volume V3 doit être mesuré avec une précision de 1 mL : il faut utiliser l’éprouvette graduée de 50 mL (0,5).

3. Montage

3.1. Le chauffage à reflux est le montage 3 (0,5).

3.2. L’intérêt d’un montage à reflux est d’accélérer la réaction chimique grâce au chauffage (0,5) tout en évitant la perte d’espèces chimiques par évaporation (0,5) car le réfrigérant condense les vapeurs produites.

4. On peut considérer avec certitude que la réaction est terminée à partir de la date t3 car une seule espèce chimique est présente alors qu’à la date t2 deux espèces sont présentes (réactifs et produits) (1).

5. Le sulfate de magnésium anhydre sert à éliminer les traces d’eau présentes en phase organique : c’est une espèce dessiccante ou déshydratante (1).

6. Pour évaporer la totalité du pentane, il faut choisir une température supérieure à sa température d’ébullition.

Pour que la lidocaïne reste à l’état solide, il faut une température inférieure à sa température de fusion : on se place donc entre 36°C et 68°C (1).

7. Rendement 7.1. n0(A) = 4,0

197,7 = 20 mmol (1).

n0(diéthylamine) = m

M = V

M = ,,

, = 96,8 mmol (1).

7.2. (1,5).

équation de la réaction A + diéthylamine = lidocaïne + HCl

état du système avancement n(A) n0(diéthylamine) n(lidocaïne) n(HCl)

état initial 0 n0A n0diéthylamine  

état intermédiaire x n0A  x n0diéthylamine  x x x

état final xf n0A  xf n0diéthylamine  xf xf xf

état maximal xmax n0A  xmax n0diéthylamine  xmax xmax xmax

7.3. L’avancement maximal est donné par le réactif limitant la transformation :

 Si le réactif A limite la réaction : n0A  xmax1 = 0 donc xmax1 = n0A = 20 mmol.

 Si la diéthylamine limite la réaction :

n0diéthylamine  xmax2 = 0 donc xmax2 = n0diéthylamine = 96,8 mmol

CH3

N H

C O

CH2CH3

CH3

CH2

N CH2CH3

Montage (1) Montage (2) Montage (3)

(2)

Terminale S2 spécialité Calculatrice interdite Page 2 sur 2 Le réactif qui disparaît en premier est donc le réactif A et l’avancement maximal est par conséquent celui imposé par ce réactif : xmax = xmax1 = 20 mmol.

Or, si la transformation est totale, nf(lidocaïne) = xmax = 20 mmol.

On devrait théoriquement obtenir une quantité de matière de 20 mmol de lidocaïne (1,5).

7.4. Expérimentalement, on a obtenu une masse m = 3,8 g de lidocaïne, soit une quantité de matière n(lidocaïne) = m

M = 3,8

234,3 = 16 mmol (1).

7.5. Le rendement de cette synthèse est r = nexp

nmax

= 

 = 80 % (1).

8. On peut envisager de mesurer la température de fusion de l’espèce synthétisée sur banc de Köfler (1).

9. Recristallisation : Dans un premier temps, on dissout le solide à purifier dans un peu de solvant à chaud. On refroidit ensuite l’ensemble de façon à faire précipiter l’espèce à purifier. On suppose que les impuretés sont solubles à la fois à chaud et à froid. Par la suite, on filtre et on récupère le solide purifié (1,5).

Du citron et des bulles (4 points)

1. Pour déterminer l’espèce prédominante, on peut tracer un diagramme de prédominance :

Un pH = 7,0 > pKA signifie que l’on est dans le domaine de prédominance de l’espèce HCO3– ! L’énoncé demande de calculer le rapport [HCO^^–]f

[COaq]f

. Utilisons l’expression pH = pKA + log [HCO–

]f

[COaq]f

: log [HCO–

]f

[COaq]f

= pH – pKA et donc [HCO–

]f

[COaq]f

= 10^{(pH – pKA)}. A.N. : [HCO–

]f

[COaq]f

= 10(7,0 – 6,4)

= 10^0,6 = 4,0.

[HCO3–] = 4,0[CO2(aq)] : l’ion hydrogénocarbonate HCO3–

prédomine ! (1,5).

2. Le gaz qui constitue les bulles est du dioxyde de carbone CO2 (0,5).

3. C6H8O7(aq) + HCO3–

(aq) = C6H7O7–

(aq) + CO2(aq) + H2O(_l). K = Qr,éq = [CHO–

aq]éq[CO_aq]éq

[CHOaq]éq[HCO_^–]éq

= [CHO–

aq]éq[CO_aq]éq

[CHOaq]éq[HCO_^–]éq

[HO^]éq

[HO^]éq

= [CHO–

aq]éq[H_O^]éq

[CHOaq]éq

 [COaq]éq

[HCO–

]éq[HO^]éq

= KAC6H8O7 / C6H7O7– KACO2, H2O / HCO3–. A.N. : K = ^–,

^–, = 10^3,3 = 2,0.10³ (1,5).

Cette constante est très grande et montre que l’équilibre est très déplacé dans le sens direct soit dans le sens de la production du gaz CO2 ! (0,5).

pH pKA= 6,4

Domaine de prédominance de CO2, H2O Domaine de prédominance de HCO3

(aq) 7,0