Exercice C - Stratégies en synthèse organique · Bac Physique-Chimie Métropole 2021 (sujet 1)

EXERCICE C - FOUR À MICRO-ONDES POUR SYNTHÈSE ORGANIQUE

Mots-clés: synthèse organique

Un dispositif de chauffage est nécessaire pour réaliser de nombreuses synthèses organiques. Le montage à reflux est couramment utilisé au laboratoire ou dans l'industrie. Cependant depuis les années 1980, les fours micro-ondes domestiques constituent une alternative.

L'objectif de cet exercice est d'étudier la synthèse d'un principe actif utilisé dans le traitement de l'épilepsie: la phénytoïne.

Les trois étapes de cette synthèse sont représentées ci-dessous:

Figure 1. Schéma de synthèse de la phénytoïne

Données:

Espèce chimique · Hydroxyde de potassium · Urée · Benzile · Phénytoïne

Formule brute · KOH · CH₄N₂O · C₁₄H₁₀O₂ · C₁₅H₁₂N₂O₂

Masse molaire en g·mol⁻¹ · 56,1 · 60,1 · 210,2 · 252,3

1. Préparation de la benzoïne (étape 1)

On utilise un four à micro-ondes pour réaliser l'étape 1 de la synthèse qui est catalysée par le chlorure de thiamine.

Le protocole expérimental simplifié est le suivant:

dans un erlenmeyer de 100 mL, introduire 1,35 g de chlorure de thiamine, environ 4 mL d'eau, 15 mL d'éthanol à 95 %, 7,0 mL d'une solution aqueuse d'hydroxyde de potassium (K⁺(aq); HO⁻(aq)) de concentration 1,1 mol·L⁻¹ puis agiter à température ambiante;

ajouter 2,0 mL de benzaldéhyde;

recouvrir d'un entonnoir et chauffer à l'aide d'un four à micro-ondes pendant 1 min à la puissance de 600 W, sortir du four et laisser cristalliser à température ambiante puis refroidir dans un bain eau-glace;

filtrer sur Büchner, laver les cristaux avec de l'eau glacée et les rincer avec un mélange refroidi eau-éthanol; on obtient des cristaux blancs;

purifier le produit à l'aide d'une recristallisation dans l'éthanol.

On réalise deux chromatographies sur couche mince (CCM) des cristaux obtenus: une avant l'étape de recristallisation et une après cette étape. L'éluant utilisé est un mélange d'éther de pétrole et d'acétate d'éthyle. La révélation s'effectue sous une lampe UV, et les dépôts proviennent de solutions diluées d'un facteur 100 dans l'acétate d'éthyle.

2. Préparation du benzile (étape 2)

L'étape 2 de la synthèse est une oxydation de la benzoïne qui permet de former du benzile.

3. Préparation de la phénytoïne (étape 3)

L'étape 3 de la synthèse se réalise également à l'aide d'un four à micro-ondes, en milieu basique, en utilisant l'éthanol comme solvant. On introduit 1,00 g de benzile et 0,450 g d'urée. Après réaction, on obtient une masse de 1,11 g de phénythoïne.

Figure 3. Équation de réaction modélisant l'étape 3 de la synthèse

1.2

Déterminer la valeur de la masse d'hydroxyde de potassium solide à prélever pour préparer les 100,0 mL de solution aqueuse d'hydroxyde de potassium utilisée dans l'étape a.

1.3

Donner l'état physique du produit obtenu à la fin de l'étape c du protocole expérimental.

1.4

Indiquer la plaque qui correspond à la CCM effectuée avant la purification. Justifier.

2.2

L'étape 2 de la synthèse est une oxydation de la benzoïne qui permet de former du benzile.

Justifier, à partir de la demi-équation électronique associée au couple oxydant / réducteur benzile / benzoïne, que l'étape 2 correspond bien à une oxydation de la benzoïne.