La synthèse du paracétamol : l'exercice de spécialité du Bac S 2003 Centres étrangers

Cet exercice de 4 points, réservé aux candidats de spécialité et prévu pour environ 52 minutes, décrit la préparation du paracétamol à partir du para-aminophénol et de l'anhydride éthanoïque. Il mobilise toute la démarche d'une synthèse organique au laboratoire : montage, quantités de matière, tableau d'avancement, rendement, purification et contrôle de pureté.

Molécules et montages

Il faut d'abord entourer le groupe anhydride de l'anhydride éthanoïque, qui comprend les deux carbones, leurs deux oxygènes doublement liés et l'oxygène central, puis le groupe amide du paracétamol, formé de l'atome d'azote lié au carbone du groupe carbonyle. Le montage 1, dont le réfrigérant vertical surmonte le ballon, est le montage à reflux ; le montage 2 est un montage de distillation. Le para-aminophénol est solide au laboratoire, puisque sa température de fusion vaut 187 °C. Le paracétamol précipite au refroidissement car sa solubilité dans l'eau passe de 25 g pour 100 g à 100 °C à 1 g pour 100 g à 20 °C. La filtration sous vide se légende avec six éléments : paracétamol solide, papier-filtre, entonnoir Büchner, fiole à vide, filtrat et trompe à eau.

Quantités de matière et réactif limitant

L'anhydride éthanoïque est un liquide : sa masse se calcule avec la masse volumique, d'où 1,27 × 10⁻¹ mol pour 12,0 mL. Le para-aminophénol est un solide : 10,0 g correspondent à 9,17 × 10⁻² mol. L'eau, solvant, n'intervient pas dans le calcul. Le tableau d'avancement montre que le para-aminophénol est le réactif limitant, avec xmax = 9,17 × 10⁻² mol ; il reste 3,5 × 10⁻² mol d'anhydride. La quantité théorique de paracétamol est donc nth = 9,17 × 10⁻² mol.

Rendement et recristallisation

En assimilant le produit brut de 10,8 g à du paracétamol, on obtient 7,15 × 10⁻² mol et un rendement de 78,0 %. Le piège est de diviser par la quantité du réactif en excès. Le produit brut est ensuite partagé en deux parts identiques ; la part P2 est recristallisée dans un minimum d'eau bouillante, refroidie, filtrée sous vide puis séchée. Elle donne 4,2 g. Comme P2 ne représente que la moitié du produit brut, le nouveau rendement vaut 61 % ; oublier ce facteur 2 conduit à une valeur fausse. Le rendement après purification est plus faible, de 17 points : le produit brut contenait des impuretés, et le vrai rendement en paracétamol est 61 %.

La chromatographie sur couche mince

Le chromatogramme montre une seule tache pour le para-aminophénol et pour le comprimé pharmaceutique. Le produit brut P1 présente deux taches : l'une à la hauteur du paracétamol, l'autre révélant une impureté qui n'est pas du para-aminophénol. Le produit recristallisé P2 ne donne qu'une tache, à la hauteur de la référence : la purification a été efficace. La CCM permet donc de contrôler la pureté, avec une limite : une impureté invisible sous UV ou migrant à la même hauteur passerait inaperçue, d'où l'intérêt d'une mesure de la température de fusion.

Conseils

Distinguez toujours solide et liquide pour le calcul des quantités de matière, présentez un tableau d'avancement complet et justifiez chaque conclusion de chromatographie par la comparaison des hauteurs de taches.