Synthèse d'un fébrifuge : l'acétanilide

Cet exercice de spécialité de 4 points, prévu pour environ 52 minutes, est proposé aux candidats de spécialité du bac S 2008 en Asie. Il décrit la synthèse de l'acétanilide, l'un des premiers médicaments contre la fièvre, à partir d'aniline et d'anhydride éthanoïque. Le protocole complet est fourni : chauffage à reflux, cristallisation, filtration sous vide, puis purification. Les questions portent sur le mode opératoire, sur le groupe caractéristique de la molécule et sur le rendement.

Le mode opératoire

La première question demande un schéma annoté du montage à reflux : ballon dans le bain-marie, réfrigérant à boules vertical dont le sommet reste ouvert. L'eau de refroidissement entre par le bas et ressort par le haut, pour que le manchon se remplisse entièrement. On chauffe parce que la température est un facteur cinétique ; le reflux liquéfie les vapeurs et les renvoie dans le ballon, ce qui évite toute perte de matière.

Les cristaux blancs qui apparaissent au refroidissement s'expliquent par les données de solubilité : l'acétanilide est soluble dans l'eau chaude mais très peu dans l'eau froide, alors que l'aniline et l'acide éthanoïque restent dissous. La filtration sous vide est plus rapide qu'une filtration simple et donne un solide mieux essoré. L'étape 2, où le solide est dissous à chaud puis réapparaît au refroidissement, est une recristallisation.

Le groupe amide

Il faut entourer le groupe amide sur la formule de l'acétanilide. Le corrigé insiste sur le piège classique : entourer seulement NH, qui ferait penser à une amine, ou seulement C=O. Le groupe amide comprend à la fois le carbone, l'oxygène et l'azote liés entre eux.

Réactif limitant et rendement

Le composé A de l'équation se trouve par conservation des éléments : sa formule brute C₂H₄O₂ est celle de l'acide éthanoïque. La quantité initiale d'anhydride se calcule à partir de sa masse volumique : n₂ = 0,159 mol. Comparée aux 0,110 mol d'aniline, avec des nombres stœchiométriques tous égaux à 1, elle montre que l'aniline est le réactif limitant, avec x_max = 0,110 mol. La masse maximale d'acétanilide vaut alors 14,9 g, et le rendement, rapport de la masse obtenue (11,6 g) à cette masse maximale, est d'environ 78 %.

Les pièges à éviter

Ne bouchez jamais le haut du réfrigérant sur un schéma : la pression augmenterait pendant le chauffage. L'anhydride éthanoïque est un liquide pur : sa quantité de matière se calcule par sa masse, pas avec une concentration. Pour le rendement, gardez la valeur non arrondie de la masse maximale : avec 14,9 g arrondi, on obtiendrait 0,779 au lieu de 0,781.

Conseils de méthode

Quand une espèce manque dans une équation, faites le bilan élément par élément puis cherchez la formule obtenue dans les données. Pour le réactif limitant, un tableau d'avancement reste la méthode la plus sûre. Enfin, retenez le vocabulaire du matériel de filtration sous vide (entonnoir Büchner, fiole à vide, trompe à eau) : il est souvent attendu. Cet exercice est un bon entraînement aux questions expérimentales de synthèse organique.