Physico-chimie du corps humain : la digestion, synthèse d'un médicament antispasmodique. Concours général physique 2024.

Synthèse d'un médicament antispasmodique, l'hymécromone.
Protocole.
Etape 1. Dans un erlenmeyer n° 1 on introduit 1,0 g de résine Dowex, une masse m₁ = 0,805 g de résorcinol et V₀ = 1,00 mL de 3-oxobutanoate d'éthyle. L'erlenmeyer est placé 30 minutes au bain marie à 80°C. On observe un léger dégagement gazeux qui cesse en fin de réaction. A la fin de la réaction, le milieu réactionnel est solide.
Etape 2. On ajoute 3 mL d'éthanol pour dissoudre le solide ( la résine reste insoluble). On transfert le liquide surnageant dans un erlenmeyer n°2. La résine est rincée avec 2 mL d'éthanol puis celui-ci est transféré dans l'erlenmeyer 2.
Etape 3. La solution de l'erlenmeyer 2 est chauffée au bain-marie puis de l'eau chaude est ajoutée jusqu'à ce que la solution devienne trouble. On laisse refroidir à température ambiante puis dans un bain de glace pendant 15 min.
Etape 4. Les cristaux blancs obtenus sont filtrés sur Büchner, rincés avec 5 mL d'eau froide. Le produit est séché et placé à l'étuve durant 15 min. On obtient une masse m₂ = 907 mg de produit.
16. Recopier la formule de l'acétoacétate d'éthyle, entourer les groupes caractéristiques, nommer les familles fonctionnelles.

17. Recopier la formule de l'hymécromone et entourer les chaînes carbonées de chacun des deux réactifs.

18. Ecrire l'équation de la réaction qui modélise la formation de l'hymécromone.

19. Expliquer le léger dégagement gazeux ( étape 1).
Température d'ébullition de l'éthano = 78°C. L'éthanol se dégage.
20. Expliquer le trouble lors de l'ajout d'eau chaude dans l'étape 3..
L'hymécromone est insoluble dans l'eau froide, très peu soluble dans l'eau chaude..
21. Expliquer l'intérêt du lavage à l'eau froide ( étape 4).
On élimine le réactif en excès.
22. Calculer la quantité de matière de chaque réactif. Identifier le réactif limitant.
Acétoacétate d'éthyle : M = 130,14 ; n₁=1,03 / 130,14 =7,91 10^-3 mol.
Résorcinol M = 110,11 g/mol ; n₂ =0,805 / 110,11 =7,31 10^-3 mol.
Les coefficient stoéchiométriques étant identiques, le résorcinol est en défaut.
23. Calculer le rendement de la synthèse.
M(hymécromone) =176,17 g / mol ; n_théorique = 7,31 10^-3 mol.
Masse théorique : 7,31 10^-3 x176,17 =1,29 g.
Rendement : masse réelle / masse théorique = 0,907 / 1,29 ~0,70 (70 %).
24. Analyser le spectre IR de l'hymécromone.

Etude du mécanisme réactionnel.
25. Le résorcinol est noté Ar-OH ; le groupement CH₃-CO-CH₂ est noté R. Représenter les flèches courbes ; indiquer le type de réaction mis en jeu à chaque étape.

26. Indiquer le rôle des protons H⁺ fournis par la résine. Justifier.
Catalyseur ; H⁺ est consommé à la première étape puis régénéré à la dernlère étape.