L'aspirine, de la synthèse au contrôle de pureté

Cet exercice de chimie de 6 points du bac S Polynésie rattrapage 2010 suit la démarche complète d'un chimiste : présentation des réactifs, synthèse de l'aspirine au laboratoire, calcul du rendement, puis contrôle de la qualité du produit par titrage. C'est un sujet très représentatif de la synthèse organique de terminale S, qui demande à la fois des connaissances de cours et de la rigueur dans les calculs.

Partie 1 : les réactifs

La molécule d'aspirine porte un groupe ester, -CO-O-, et un groupe carboxyle, -COOH. Il faut entourer le groupe ester en entier, avec l'atome d'oxygène lié au cycle. La formule brute de l'anhydride éthanoïque, C₄H₆O₃, conduit à une masse molaire de 102 g·mol^-1. Avec l'eau, l'anhydride réagit vivement et totalement en donnant deux molécules d'acide éthanoïque.

Partie 2 : la synthèse

Dans les deux voies de synthèse, c'est le groupe hydroxyle de l'acide salicylique qui devient un groupe ester. Avec l'acide éthanoïque, il s'agit d'une estérification limitée par l'hydrolyse inverse ; avec l'anhydride, aucune eau n'est formée et la transformation atteint l'avancement maximal. Les pictogrammes du flacon imposent lunettes, gants, blouse et hotte. Le montage retenu est le chauffage à reflux, avec une circulation d'eau qui entre par le bas du réfrigérant et sort par le haut. Le ballon doit être sec, sinon une partie de l'anhydride serait détruite par l'eau. Le tableau d'avancement montre que l'acide salicylique, à 0,100 mol, est le réactif limitant devant 0,26 mol d'anhydride : la masse maximale d'aspirine est 18,0 g et le rendement vaut 50 %.

Partie 3 : le contrôle de qualité

L'aspirine, notée AH, est titrée par la soude selon AH + HO^- → A^- + H₂O. On opère à froid et avec une soude diluée, car à chaud et en milieu basique concentré le groupe ester serait lui aussi attaqué. À l'équivalence, la quantité d'aspirine dans le prélèvement est de 5,0 × 10^-3 mol ; la fiole en contient dix fois plus, soit une masse de 9,0 g, égale à la masse de cristaux obtenue : l'aspirine peut être considérée comme pure. Une autre méthode consiste à mesurer la température de fusion au banc Kofler, ou à réaliser une chromatographie sur couche mince.

Pièges et conseils

Pour l'anhydride, liquide, la quantité de matière se calcule à partir de la masse volumique et du volume, pas d'une pesée. Le rendement se calcule à partir du réactif limitant, après avoir comparé les quantités initiales. Au titrage, n'oublie pas le facteur 10 entre la fiole de 100,0 mL et le prélèvement de 10,0 mL : sans lui, on conclurait à tort à un produit très impur. Garde deux chiffres significatifs, comme les données de l'énoncé.