Un exercice de chimie organique sur 4 points

L'exercice 2 du bac S 2018 Antilles-Guyane (ancien programme) est court : 4 points, environ 40 minutes. Il tourne autour du salicylate de méthyle, molécule utilisée dans des pommades contre les douleurs musculaires. La première partie suit sa synthèse à partir de l'acide salicylique et du méthanol : groupes caractéristiques, équation, catégorie de réaction, quantités de matière et rendement. La seconde, plus courte, demande pourquoi cette molécule est préférée à l'acide salicylique pour un usage sur la peau, à l'aide des diagrammes de prédominance.

Partie 1 : la synthèse du salicylate de méthyle

Question 1.1 : le méthanol

La formule développée doit montrer toutes les liaisons, y compris la liaison O–H : écrire CH3–OH ne suffit pas. Le groupe caractéristique est le groupe hydroxyle, associé à la fonction alcool.

Questions 1.2.1 et 1.2.2 : équation et catégorie

La conservation des éléments suffit à identifier le produit A : il reste deux atomes d'hydrogène et un atome d'oxygène, c'est l'eau. Un acide carboxylique et un alcool donnent un ester et de l'eau : c'est une estérification. Sur le plan des catégories de réactions, le groupe –OH du groupe carboxyle est remplacé par le groupe –O–CH3 : il s'agit d'une substitution. Le corrigé rappelle les critères qui distinguent addition, élimination et substitution.

Question 1.3.1 : quantités de matière

Pour l'acide salicylique, solide, n1 = m1/M1 = 7,25 × 10⁻² mol. Pour le méthanol, liquide, on passe par la masse volumique : n2 = ρ2 V2 / M2 = 0,25 mol. Le piège est d'oublier cette étape, ou de mélanger les unités : avec ρ en g/mL et V en mL, on obtient bien des grammes.

Question 1.3.2 : réactif limitant

Les nombres stœchiométriques valent tous 1 : on compare directement les quantités de matière, jamais les masses ni les volumes. L'acide salicylique est limitant, le méthanol est en excès.

Question 1.3.3 : rendement

La quantité maximale de produit est égale à n1. Le rendement vaut 6,9 × 138 / (152 × 10,0) = 0,63, soit 63 %. Diviser 6,9 g par 10,0 g donnerait 69 %, ce qui est faux : on comparerait les masses de deux espèces différentes. Un rendement inférieur à 100 % s'explique par une estérification limitée et par les pertes lors de la purification.

Partie 2 : quelle molécule pour une pommade

La peau a un pH voisin de 5 et seule une espèce non chargée la traverse. L'acide salicylique possède deux pKA, 3 et 10 : à pH 5, c'est la forme intermédiaire, porteuse d'une charge négative, qui prédomine. Le salicylate de méthyle a un pKA de 10 : à pH 5, sa forme acide, neutre, prédomine. On préfère donc le salicylate de méthyle. La bonne méthode consiste à tracer un axe de pH par espèce, à y placer les pKA et à repérer le pH du milieu.

Conseils pour réussir

Cet exercice rapporte vite si l'on est méthodique. Écrivez toujours la formule littérale avant l'application numérique, surveillez les chiffres significatifs (trois pour n1, deux pour n2 et pour le rendement) et justifiez chaque réponse qualitative : une conclusion sans argument sur la charge des espèces ne rapporte presque rien.