La lidocaïne, fil rouge d'un exercice de chimie organique

L'exercice 3 du bac S Métropole 2018 (ancien programme) compte 5 points, soit environ 50 minutes. Il prend pour support une crème anesthésiante appliquée sur la peau avant une injection, dont le principe actif est la lidocaïne. Trois parties se succèdent : l'analyse de la molécule, sa synthèse au laboratoire, puis une application pratique sur la quantité de crème nécessaire. Les calculs sont courts ; la difficulté tient surtout au vocabulaire précis de la chimie organique.

Partie 1 : identifier la molécule

En 1.1, il faut repérer deux groupes caractéristiques. L'azote lié au carbone d'un C=O forme avec lui un seul groupe, l'amide ; l'autre azote, lié à trois carbones sans C=O voisin, est une amine. L'erreur fréquente consiste à entourer séparément C=O et NH et à annoncer une cétone. La question 1.2 porte sur la RMN du proton : la règle des (n+1)-uplets associe le quadruplet à 2,7 ppm aux protons des CH2 des groupes éthyle, qui ont trois voisins, et le triplet à 1,1 ppm aux protons des CH3, qui en ont deux. Les deux groupes éthyle, liés au même azote, sont équivalents. Le CH2 placé entre C=O et N, sans voisin, donne le singulet à 3,2 ppm. Notez que la RMN était au programme du bac S mais ne figure plus dans le programme actuel de spécialité.

Partie 2 : la synthèse

La question 2.1.1 attend deux idées : le chauffage accélère la transformation, la température étant un facteur cinétique, et le reflux évite les pertes de matière grâce à la condensation des vapeurs. Ne citer qu'un rôle coûte des points. En 2.1.2, on compare les quantités initiales divisées par les nombres stœchiométriques : 3,0 × 10⁻² mol pour A contre 7,5 × 10⁻² mol pour la diéthylamine, consommée deux fois plus vite. A est bien limitant. Comparer directement les quantités donne ici la bonne conclusion, mais avec un raisonnement faux.

Le rendement de la question 2.1.3 se calcule en trois temps : quantité maximale de lidocaïne égale à n(A), masse maximale d'environ 7,0 g, puis rapport avec les 5,6 g obtenus. On trouve 80 %, au-dessus des 70 % usuels indiqués. Les questions 2.2.1 et 2.2.2 portent sur le mécanisme : une flèche courbe représente le déplacement d'un doublet d'électrons d'un site donneur vers un site accepteur. Le site donneur est l'azote de la diéthylamine, porteur d'un doublet non liant ; le site accepteur est le carbone lié au chlore, appauvri en électrons. Le piège consiste à désigner le chlore lui-même.

Partie 3 : la crème sur la peau

En 3.1, il faut passer par la masse : 1,0 cm³ de crème pèse 1,0 g, dont 2,5 % de lidocaïne, soit 2,5 × 10⁻² g et environ 1,1 × 10⁻⁴ mol. En 3.2, une épaisseur de 0,1 mm, convertie en 0,01 cm, donne un volume de 0,01 cm³ sur 1 cm² de peau, donc 1,1 × 10⁻⁶ mol, environ 11 fois la quantité nécessaire de 10⁻⁷ mol.

Conseils

Apprenez les définitions exactes des groupes caractéristiques et la formulation des sites donneur et accepteur. Pour les calculs, vérifiez les unités avant tout : un pourcentage massique s'applique à une masse, et une épaisseur se convertit dans la même unité que la surface. Le corrigé reprend chaque question avec la justification attendue.