L'ibuprofène, de la molécule au comprimé

Ce deuxième exercice du bac S 2013 en Inde (Pondichéry) vaut 9,5 points, presque la moitié de l'épreuve, et demande environ 1 h 30. Il balaie une grande partie du programme de chimie organique autour d'une seule molécule : l'ibuprofène. On identifie d'abord sa structure et on l'appuie sur des spectres, on compare ensuite deux procédés de synthèse, puis on vérifie par un titrage la masse annoncée sur l'étiquette d'un comprimé.

Partie 1 : structure et spectroscopie

Le groupe à entourer en 1.1 est le groupe carboxyle −COOH tout entier : n'entourer que −OH ou que C=O désignerait un autre groupe. La chiralité vient d'un unique carbone asymétrique, lié à −H, −CH₃, −COOH et au cycle aromatique substitué. Attention, le CH du groupe isobutyle n'est pas asymétrique, car il porte deux −CH₃. Deux énantiomères sont images l'une de l'autre dans un miroir plan et non superposables : oublier la seconde condition rend la définition fausse. Pour la représentation de Cram, on place −H et −COOH sur les liaisons libres, puis on dessine l'image dans un miroir.

En infrarouge, la bande 1, fine et intense vers 1700 cm^-1, correspond à C=O de l'acide ; la bande 2, large vers 3000 cm^-1, à O−H de l'acide, avec les C−H superposés. On justifie par le nombre d'onde, la largeur et l'intensité, sans oublier que l'axe est gradué de droite à gauche. En RMN, le signal (g) vers 12 ppm est celui de l'hydrogène du groupe −COOH ; c'est un singulet car il n'a aucun hydrogène voisin. Le signal (a) vers 1 ppm, d'aire six fois celle de (g), correspond aux 6 H des deux −CH₃ de l'isobutyle ; il est en doublet car leur seul voisin est l'hydrogène du CH. Le −CH₃ voisin du carboxyle ne doit pas être entouré.

Partie 2 : synthèse et chimie verte

La conservation des éléments dans l'étape 1 donne la formule brute C₁₀H₁₄ pour la molécule 1. L'étape 2 est une addition : deux réactifs donnent un seul produit et la double liaison C=O devient simple. Le carbone de C=O, moins électronégatif que l'oxygène, porte une charge partielle δ+ : c'est un site accepteur de doublet d'électrons. L'utilisation atomique du procédé Boots se calcule avec les masses molaires des réactifs affectées de leurs nombres stœchiométriques : 514,5 g·mol^-1 au dénominateur, d'où UA = 0,4004, soit environ 40 %. Oublier le coefficient 2 devant H₂O fausse le résultat. Avec 77 %, le procédé BHC minimise le mieux les déchets.

Partie 3 : dosage de l'ibuprofène

L'éthanol dissout l'ibuprofène mais pas les excipients : la filtration les sépare. Il faut citer les deux solubilités. La réaction support s'écrit RCOOH + HO^- → RCOO^- + H₂O, et l'équivalence se repère par le passage de l'incolore au rose persistant de la phénolphtaléine. À l'équivalence, n(RCOOH) = c_BV_E, d'où m = c_BV_EM = 0,396 g, soit 396 mg. Le volume de la solution S ne sert pas, puisqu'elle est titrée en totalité. L'écart relatif avec les 400 mg de l'étiquette vaut −1,0 % : le dosage confirme l'indication.

Conseils pour réussir

Cet exercice récompense la rigueur du vocabulaire : chaque attribution de signal doit citer le déplacement chimique, l'intégration ou la multiplicité. Gérez votre temps, car les questions de spectroscopie sont nombreuses. Sachez aussi que la chiralité, la RMN et l'utilisation atomique ne figurent plus au programme actuel de la spécialité, contrairement à l'infrarouge et au titrage.