Bac S 2016 Amérique du sud http://labolycee.org EXERCICE II ...

Bac S 2016 Amérique du sud
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EXERCICE II - SYNTHÈSE D'UN MÉDICAMENT (9 points) Le benzaldéhyde est un liquide incolore, couramment utilisé comme additif
alimentaire pour son odeur d'amande amère. Il s'avère également être d'une
grande utilité en chimie organique de synthèse ; cet exercice cherche à
étudier quelques aspects de la synthèse d'une molécule d'intérêt
biologique, la sertraline (antidépresseur), à partir du benzaldéhyde.
Une voie de synthèse propose de synthétiser, en 9 étapes, la sertraline à
partir du benzaldéhyde.
La première partie s'intéresse à la pureté du benzaldéhyde utilisé comme
réactif.
Dans une deuxième partie, quelques-unes des 9 étapes de la voie de synthèse
sont analysées.
Enfin, dans une troisième partie une alternative à deux étapes sensibles
est étudiée.
Données :
> Benzaldéhyde :
o Masse molaire moléculaire : M = 106 g.mol-1
o Masse volumique : ? = 1,02 g.mL-1
> Couples acide-base :
o L'acide benzoïque appartient au couple : (C7H6O2 / C7H5O2-)
> Pureté d'un réactif :
[pic]
> Table simplifiée en spectroscopie IR :
|Liaison |Nombre d'onde |Intensité |
| |(cm-1) | |
|O-H alcool |3200 - 3400 |Forte, large |
|O-H acide |2500 - 3200 |Forte à |
|carboxylique | |moyenne, large |
|Ctri-H |3000-3100 |Moyenne |
|Cal-H |2750-2900 |Moyenne, |
| | |parfois 2 |
| | |bandes |
|C=O aldéhyde et|1650-1730 |Forte |
|cétone | | |
|C=O acide |1680-1710 |Forte |
|C=C aromatique |1450-1600 |Variable, 3 à 4|
| | |bandes |
> Zone de virage de quelques indicateurs colorés :
|Nom |Zone de virage |Couleur de la forme |Couleur de la forme |
| | |acide |basique |
|Hélianthine |3,1 - 4,4 |Rouge |Jaune |
|Bleu de thymol|8,0 - 9,6 |Jaune |Bleu |
|Bleu de Nil |10,1 - 11,1 |Bleu |Rouge | Partie 1 : pureté du benzaldéhyde |Le benzaldéhyde étant susceptible de | |
|s'oxyder en acide benzoïque lorsque le | |
|flacon est entamé, il convient de | |
|vérifier sa pureté avant de l'utiliser | |
|comme réactif. | |
| | |
| | |
| | |
1. Sur les molécules de benzaldéhyde et d'acide benzoïque reproduites
dans l'annexe à rendre avec la copie, entourer les groupes
caractéristiques et nommer les fonctions correspondantes. 2. En expliquant la démarche suivie, associer à chaque molécule
(benzaldéhyde et acide benzoïque) un des spectres infrarouge
reproduits ci-dessous. [pic]
En abscisse : nombre d'onde ? (en cm-1) Pour vérifier la pureté du benzaldéhyde qu'il va utiliser pour une
synthèse, un élève réalise dans son lycée la chromatographie sur couche
mince (CCM) de la solution contenue dans un flacon entamé de benzaldéhyde.
Il obtient le chromatogramme ci-contre, où B correspond au point de dépôt
de la solution contenue dans le flacon de benzaldéhyde et AB correspond au
point de dépôt d'acide benzoïque. 1.3. Expliquer ce que la CCM permet de conclure. L'élève cherche à déterminer quantitativement la pureté du benzaldéhyde
dans le flacon entamé. Pour cela, il réalise le titrage de 10,0 mL de
solution prélevée dans le flacon de benzaldéhyde par une solution aqueuse
d'hydroxyde de sodium, (Na+(aq) + HO-(aq)), de concentration molaire 1,00
mol.L-1. 1.4. Citer la définition d'un couple acide-base et d'une réaction acido-
basique. 1.5. Écrire l'équation de la réaction support de titrage entre l'acide
benzoïque et les ions hydroxyde. Le titrage étant suivi par pHmétrie, l'élève a tracé la courbe pH = f(V) et
la courbe « dérivée de pH » (notée[pic]) en fonction de V.
1.6. Déterminer la quantité de matière d'acide benzoïque présente dans le
volume de solution prélevée en explicitant la méthode utilisée à l'aide des
graphiques donnés dans l'annexe à rendre avec la copie.
1.7. Déterminer la quantité de matière de benzaldéhyde présente dans 10,0
mL de benzaldéhyde pur.
1.8. En déduire la valeur de la pureté de la solution du flacon entamé de
benzaldéhyde. 1.9. Expliquer quel indicateur coloré choisir si l'on souhaitait effectuer
le même titrage à l'aide d'un suivi colorimétrique. Indiquer le changement
de couleur qui permettrait alors de repérer l'équivalence.
Partie 2 : étude des deux premières étapes de la synthèse de la sertraline
à partir du benzaldéhyde
Les deux premières étapes de la synthèse de la sertaline sont présentées ci-
dessous : [pic]
D'après Org. Lett. 2011, 13, 5740
L'étape 1 de la synthèse comporte en fait deux étapes (a) et (b) : . L'étape (a) correspond à la réaction entre l'aldéhyde et le bromure
d'allylmagnésium :
[pic]
. Une hydrolyse acide permet ensuite d'obtenir l'alcool lors de l'étape
(b) :
[pic] Données :
¬ Électronégativité de quelques éléments (échelle de Pauling) :
|Élément |C |H |O |Mg |Br |
|Électronégati|2,55 |2,20 |3,44 |1,31 |2,96 |
|vité | | | | | | 2.1. Déterminer, pour les réactifs de l'étape (a), si le carbone lié au Mg
dans le bromure d'allylmagnésium est un site donneur ou attracteur
d'électrons. Répondre à la même question pour le carbone du groupement
carbonyle du benzaldéhyde. 2.2. Compléter, dans l'annexe à rendre avec la copie, le mécanisme
réactionnel de l'étape (a) ci-dessous, en indiquant la ou les flèche(s)
courbe(s) manquante(s).
[pic]
2.3. À l'issue de l'étape (b), on obtient deux stéréoisomères : les
représenter sur la copie en utilisant la représentation de Cram, puis,
préciser en le justifiant le type de relation de stéréoisomérie qui les
lie. 2.4. L'obtention de deux stéréoisomères, dont les effets biologiques
peuvent être différents, est problématique pour la synthèse d'un
médicament. En déduire l'intérêt de l'étape 2.
Partie 3 : Variantes proposées pour deux étapes de la synthèse Pour réaliser la première étape, une variante présentée ci-dessous peut
être envisagée.
Variante de l'étape 1
Cette variante fait intervenir la réaction de Barbier qui utilise du zinc :
[pic] L'avantage de la réaction de Barbier résulte du fait qu'il s'agit d'une
réaction « one pot », c'est-à-dire que tous les réactifs sont mélangés au
départ dans le milieu réactionnel (à t = 0 min). On peut suivre la
cinétique de la réaction par CCM, en prélevant toutes les minutes 1 mL
environ du milieu réactionnel et en réalisant une extraction de la phase
organique avec un peu d'éther.
Les CCM ci-contre ont été obtenues en réalisant des dépôts de la phase
organique à différentes dates de prélèvement
(de t = 0 à 7 minutes) et une révélation sous UV. 3.1. Évaluer la durée de la réaction en expliquant le raisonnement.
Variante de l'étape 7
L'étape 7 de la synthèse de la sertraline, présentée ci-dessous, correspond
à une oxydation de Jones, pour laquelle l'oxydant est de l'acide
chromique :
[pic]
D'après Org. Lett. 2011, 13, 5740 Une variante dite « verte » peut être envisagée, en utilisant une solution
à 30% de peroxyde d'hydrogène H2O2 (couplée à un catalyseur).
Cette variante verte a été effectuée avec le réactif ci-dessous :
| |Réactif |Produit |
| |[pic] |[pic] |
|Formule brute|C10H22O |C10H20O2 |
|Masse molaire|158 g.mol-1 |172 g.mol-1 |
|moléculaire | | |
|Masse des |100 g |96 g |
|réactifs | | |
|utilisés et | | |
|du produit | | |
|obtenu | | |
D'après R.Noyori, Green oxidation with aqueous hydrogen peroxide,
Chem. Comm, 2003, 1997-1986 Données
> Une oxydation correspond à une perte d'électron(s).
> Informations sur l'oxydant employé lors de l'étape 7 ou de sa variante
:
- L'acide chromique H2CrO4 contient du chrome à l'état d'oxydation (VI).
Le peroxyde d'hydrogène en solution aqueuse est corrosif, mais les
dangers varient selon la concentration de la solution employée :
|Espèce chimique|Composés du chrome (VI) |Peroxyde d'hydrogène en solution |
| | |aqueuse |
|Classement |Cancérogène catégori