TP n°11 Chimie Partie D : Elaborer un produit de consommation Classe : Spéc.
Formulation et conditionnement
I/ Formulation
La formulation d’un produit consiste à déterminer la nature et les proportions des différents ingrédients qui entrent dans sa composition. On cherche à donner à la substance des propriétés qui en facilitent la
consommation, l’aspect ou la conservation. Cette formulation peut faire intervenir colorants, parfums, arômes, agents mouillants, liants ou dispersants, etc…
La formulation est particulièrement importante dans le cas des médicaments. On étudiera dans cette première partie la formulation de l’aspirine.
1) Propriétés de l’aspirine
Un médicament est constitué d’un principe actif (molécule(s) destinée(s) à soigner) et d’un excipient (substance qui aide l’organisme à assimiler le principe actif et en facilite l’ingestion)
Célèbre pour ses propriétés anti-inflammatoires, antiseptiques, antipyrétiques et antalgiques, l’acide salicylique l’est aussi pour les terribles brûlures gastriques qu’il inflige. Aujourd’hui on utilise un dérivé direct, l’acide acétylsalicylique (aspirine), mieux assimilé par l’organisme et dont l’agressivité gastrique est moins prononcée.
2) Formulation de l’aspirine
L’aspirine (venant de « Aspirin », marque créée en 1899 par la société Bayer) est une poudre cristalline blanche.
La forme acide AH est peu soluble dans l’eau mais liposoluble et donc facilement assimilée au niveau de la muqueuse gastrique. La forme basique A– de l’aspirine est hydrosoluble et est assimilée par voie intestinale.
L’aspirine est commercialisée sous diverses formulations selon les besoins des patients.
Formulations Présentation Principe actif Excipient Particularités Aspirine
simple Comprimé Acide
acétylsalicylique Amidon Agressivité vis-à-vis de l’estomac Aspirine
« retard » Dragée enrobée Acide acétylsalicylique
Amidon + enrobage gastro-résistant
Principe actif libéré dans l’intestin Aspirine
effervescente tamponnée
Comprimé
effervescent Acide
acétylsalicylique Hydrogénocarbonate
de sodium Assimilation rapide par l’organisme Aspirine
tamponnée Poudre Acétylsalicylicate
de lysine Glycine Très soluble dans l’eau.
Bonne tolérance gastrique
3) Exploitation La molécule d’aspirine
a) L’aspirine est obtenue en estérifiant le groupement hydroxyle de l’acide salicylique par action
d’anhydride acétique. Ecrire l’équation bilan de cette réaction sachant qu’il se forme de l’aspirine et de l’acide acétique. Donner la formule topologique de l’aspirine.
b) Définir alors les deux fonctions présentes dans la molécule d’aspirine.
c) Sachant que la faible solubilité de l’aspirine est de 2,5 g.L-1 dans l’eau à 25°C, déterminer le volume d’eau nécessaire pour dissoudre un comprimé de 250 mg.
d) La solution obtenue ayant un pH de 2,7, déterminer le rapport [A–] / [AH] (On donne KA = 3,2 10–4).
En déduire la forme prédominante du principe actif. Quel est l’inconvénient d’un tel médicament ?
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L'acide salicylique toxique en grande quantité est un acide carboxylique utilisé comme médicament. Il est naturellement synthétisé par certains végétaux. On le retrouve notamment dans des fruits, sous forme estérifiée de salicylate de méthyle.
Les propriétés médicales de l'acide salicylique sont connues depuis longtemps, surtout pour son action antipyrétique. On l'extrayait principalement du saule, salix en latin, dont il tire son nom. Il est désormais supplanté par d'autres médicaments plus efficaces comme l'aspirine (qui en est un dérivé), ou le paracétamol.
Formule brute : C7H6O3
Aspect : Cristaux incolores (Tfus= 159°C)
A NOTER :
Une solution contenant un acide et sa base conjuguée en proportions voisines constitue une solution tampon : son pH varie peu par dilution ou par addition modérée d’un acide ou d’une base.
TP n°11 Chimie Partie D : Elaborer un produit de consommation Classe : Spéc.
L’aspirine « retard » est assimilée dans l’organisme au niveau de l’intestin où le pH est voisin de 8.
e) Par quel procédé l’aspirine « retard » est-elle préservée de l’estomac ? f) Quelle est la forme prédominante du principe actif dans l’intestin ? g) Quel est le principal avantage de l’aspirine « retard » ?
Le comprimé effervescent tamponné contient de l’acide acétylsalicylique et de l’hydrogénocarbonate de sodium.
On donne pKA (CO2,H2O / HCO3–) = 6,4. On place un tel comprimé dans un verre d’eau.
h) Expliquer la nature et l’origine des bulles qui s’échappent lors de la dissolution d’un tel comprimé.
i) Ecrire l’équation de la réaction qui se produit entre les ions hydrogénocarbonate et l’acide acétylsalicylique. Quel est l’influence de cette réaction sur le pH de la solution obtenue ?
j) En fin de dissolution le pH de la solution est de 6,8. Le dégagement gazeux favorise la désagrégation du comprimé et la dissolution du principe actif. Quelle est alors la forme prédominante du principe actif dans la solution obtenue ?
k) Pourquoi parle-t-on alors d’une solution tamponnée ? Quel est l’avantage d’une telle formulation ?
II/ Conditionnement 1) Réglementation
Le conditionnement (emballage) est censé protéger l’aliment jusqu’à sa consommation. L’aliment doit être protégé des déformations mécaniques (chocs), des contaminations diverses et des transferts d’énergie pouvant l’altérer. Le conditionnement doit néanmoins être léger, présenter une migration quasi-nulle, si possible être recyclable et d’un prix acceptable pour le produit qu’il contient.
2) Exemple de conditionnement : les boites de conserve
Une des principales utilisations de l’étain est l’étamage électrolytique, qui consiste à déposer ce métal sur des objets en acier doux (moins de 0,08 % de carbone) afin de créer une couche protectrice pour l’aliment et chimiquement inerte. Les pièces étamées dites en « fer blanc » sont utilisées pour conditionner des fruits et des légumes (boites de conserve). La protection intérieure de certaines boites de conserve est renforcée par la présence de téflon ou d’un vernis blanc de 5µm d’épaisseur contenant du dioxyde de titane ou de l’alumine.
Expérience
L’objet à étamer sert de cathode. L’anode est en un matériau conducteur n’intervenant pas lors de l’étamage (anode en graphite par exemple). L’électrolyte est une solution aqueuse de chlorure d’étain Sn2+ + 2Cl–, dont le pH est ajusté au cours de l’électrolyse de manière à prévenir tout précipité d’oxyde d’étain.
Questions
a) Faire un montage annoté de l’expérience.
b) Ecrire l’équation de la réaction se produisant à la cathode.
c) Ecrire l’équation de la réaction se produisant à l’anode et expliquant le dégagement gazeux irritant observé.
d) Sachant que la boite de conserve cylindrique de dimensions h = 11,5 cm et R = 4,75 cm possède une couche d’étain de 20µm d’épaisseur sur toutes ses faces (intérieures et extérieures), déterminer la masse d’étain recouvrant la boite. (MSn = 118,7 g.mol-1)
e) Quelle doit être l’intensité du courant pour effectuer un tel dépôt en 5,0 minutes ? f) Proposer une raison à l’utilisation de l’étain pour protéger les boites de conserve.
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A NOTER :
L'aspirine, antiagrégant plaquettaire entraînant une diminution des capacités du sang à coaguler, fluidifie ce dernier. Par conséquent, le risque d'hémorragie est à prendre en compte.
A NOTER :
La migration est le transfert de substances provenant de la paroi de l’emballage vers le produit emballé par des phénomènes physico-chimiques, ce qui peut entraîner une contamination préjudiciable et parfois même dangereuse de l’aliment à long terme. Les verres, certains papiers, certains métaux recouverts de vernis inertes présentent une migration quasi nulle.
A NOTER :
Un métal ne peut s'oxyder si l'on fait en sorte qu'il soit la cathode d'une pile. Ainsi, dans l'eau de mer, un objet en cuivre est protégé s'il est relié électriquement à une électrode de fer. C'est le fer qui sera oxydé puisqu'il constitue l'anode de la pile associant les couples Cu2+/Cu et Fe2+/ Fe). De même, un objet en fer (une coque de bateau, par exemple) sera protégé par une anode en zinc fixée sur lui : c'est le zinc qui sera attaqué (= "anode consommable").
Dans le cas de la boite de conserve, l’étain joue le rôle d’anode "sacrificielle" et préserve ainsi le fer de l’acier.
