Synthèse d'un médicament : ce que demande l'exercice

Le deuxième exercice du Bac S 2016 Amérique du Sud est le plus lourd de l'épreuve : 9 points, environ 1 h 30. Il suit la fabrication d'un médicament, la sertraline, à partir du benzaldéhyde. La première partie contrôle la qualité d'un flacon de benzaldéhyde déjà entamé ; la deuxième étudie les premières étapes de la synthèse ; la troisième compare deux versions d'une oxydation, dont une variante dite verte. On y retrouve la spectroscopie infrarouge, la chromatographie, le titrage pH-métrique, les mécanismes réactionnels, la stéréoisomérie, l'oxydoréduction et le rendement.

Les passages clés, question par question

Partie 1 : le flacon de benzaldéhyde est-il pur ?

On entoure d'abord le groupe carbonyle du benzaldéhyde (fonction aldéhyde) et le groupe carboxyle de l'acide benzoïque (fonction acide carboxylique). Pour attribuer les spectres infrarouge, on écarte les bandes communes (C=O vers 1700 cm^-1, cycle aromatique) et l'on cherche ce qui distingue les deux molécules : la bande large de la liaison O–H d'acide, entre 2500 et 3200 cm^-1, désigne l'acide benzoïque (spectre n°2) ; les deux bandes fines de la liaison C_al–H désignent le benzaldéhyde (spectre n°1). La CCM montre que le flacon entamé contient aussi de l'acide benzoïque : une partie du benzaldéhyde s'est oxydée.

Le titrage par la soude dose cet acide. Après les définitions d'un couple et d'une réaction acido-basique, on écrit la réaction support C₇H₆O₂ + HO^- → C₇H₅O₂^- + H₂O. Le maximum de la courbe dérivée donne V_E = 12,5 mL, d'où n = 1,25 × 10^-2 mol d'acide. Avec la masse volumique et la masse molaire, 10,0 mL de benzaldéhyde pur contiendraient 9,62 × 10^-2 mol. La pureté vaut alors 87,0 %. Pour un suivi colorimétrique, le pH à l'équivalence (environ 9,5) désigne le bleu de thymol, qui passe du jaune au bleu.

Partie 2 : mécanisme et stéréoisomérie

La comparaison des électronégativités montre que le carbone lié au magnésium est un site donneur (δ−) et que le carbone du carbonyle est un site accepteur (δ+). Il manque une flèche courbe, du doublet de la double liaison C=O vers l'atome de magnésium. L'alcool formé possède un seul carbone asymétrique : les deux stéréoisomères sont des énantiomères, à dessiner en représentation de Cram. L'étape enzymatique qui suit ne conserve qu'un énantiomère, celui qui mène au médicament actif.

Partie 3 : durée de réaction et variante verte

Les CCM successives montrent que la tache du benzaldéhyde disparaît entre 3 et 4 min : la réaction dure environ 4 min. On écrit ensuite les demi-équations, puis le bilan C₁₀H₂₂O + 2 H₂O₂ → C₁₀H₂₀O₂ + 3 H₂O ; l'espèce organique perd des électrons, c'est une oxydation. Le rendement de la variante vaut 88 %, moins que les 98 % de l'oxydation de Jones, mais elle remplace un dérivé du chrome (VI) cancérogène par de l'eau oxygénée qui se transforme en eau.

Les pièges à éviter

Trois erreurs reviennent souvent : annoncer 13 % comme pureté alors que c'est la part oxydée, calculer un rendement avec les masses (96 %) au lieu des quantités de matière, et donner le virage de l'indicateur à l'envers. Pour les sites, il faut comparer les électronégativités liaison par liaison : lié au magnésium, le carbone est δ−.

Nos conseils

Garde une copie structurée : chaque résultat de la partie 1 sert à la question suivante. Pense à convertir V_E en litres et à vérifier le bilan d'une équation d'oxydoréduction en comptant les atomes de chaque côté.