Chimie analytique, la cocaïne, QCM. Concours technicien police technique et scientifique 2018.

1. Calculer la masse molaire.
C₁₀H₁₇NO₃. M = 10*12 +17 +14+3*16 =199 g / mol.
2. Identifier les atomes de carbone asymétriques.
Carbone n° 2, 3.
3. La masse molaire de la cocaîne base est de 303,4 g/mol alors que la forme chlorhydrate est de 339,8 g/mol. Expliquer cette différence.
Protonation de la fonction amine par l'acide chlorhydrique.
4. Proposer une formule brute et une formule développée de la cocaïne base.

C₁₇H₂₁NO₄.

5. Identifier le réactif limitant et calculer le rendement.
C₁₀H₁₇NO₃+C₆H₅COCl --> C₁₇H₂₁NO₄ + HCl.
n(C₁₀H₁₇NO₃) =3,62 / 199=0,018 mol.
n(C₆H₅COCl)=3,05 / 140,5~0,022 mol ( en excès).
n(C₁₇H₂₁NO₄) _théorique =0,018 mol.
Masse théorique : 0,018 x303,4 =5,5 g.
Masse expérimentale : 1,57 g.
Rendement : 1,57 / 5,5 ~0,29 ( 29 %).
6. Pourquoi utiliser un solvant, benzène sec ?
En présence d'eau, on peut avoir l'hydrolyse partielle de l'ester.
7. Compléter le tableau.

Solvant	Chlorhydrate de cocaîne	cocaîne
eau( acide)	très soluble	insoluble
eau (base)
benzène	insoluble
éther diéthylique		très soluble
n-hexane	insoluble

8. Quel est le nom du solvant CHCl₃ ? Est-ce un solvant plus ou moins polaire que l'acétate d'éthyle ?
Le trichlorométhane ou chloroforme est moins polaire que l'acétate d'éthyle.
9. Comment sécher une phase organique ?
On utilise un sel possédant une forte affinité pour l'eau ( sulfate de magnésium ou de sodium). On met assez de sel pour que le solide reste sous forme de légère suspension à l'agitation.
10. Un pic à m/z= 77 Th apparaît. Donner la formule brute et développée de cet ion. Comment s'appelle le pic à m /z = 303Th ?
m/z = 77 TH, cation phényl C₆H₅⁺.

m/z = 303 Th, pic moléculaire.
11. Quelle est l'unité du coefficient d'extinction molaire ?
e = A / (CL) ; C en mol m^-3 ; L en m ; e en mol^-1 m².
12. Test d'identification de la cocaîne dans un échantillon.
Dissoudre 1 g de soude dans 20 mL de méthanol. Humidifier l'échantillon, séché avec le réactif formé. Laisse l'excès d'alcool s'évaporer et comparer l'odeur caractéristique du résidu à celle d'un étalon de cocaîne ( odeur de goyage).
Seule la piperocaîne donne dans les mêmes conditions la même odeur.
Expliquer la réaction en identifiant la molécule qui donne cette odeur caractéristique de goyave.
Le benzoate de méthyle C₆H₅COOCH₃ possède une odeur de goyave.

13.a. Quel est le degré d'oxydation du cobalt utilisé lors du test de Scott ?
Co(SCN)₂ : le degré d'oxydation du cobalt est +2.
13.b. Quelle est la concentration molaire de l'acide chlorhydrique utilisé ? 37 %, d = 1,19.
Masse de 1 L : 1190 g.
Masse d'acide chlorhydrique : 1190 x0,37 =440,3 g. Mase molaire HCl : 36,5 g / mol.
Concentration : 440,3 / 36,5 =12 mol / L.
13.c. Qu'appelle t-on un faux positif ?
Un test de dépistage donne un résultat positif mais un test de confirmation infirme cette information par un résultat négatif ou indéterminé. La lidocaîne donne un faux positif dans le test de Scott.
14. Dessiner la molécule de benzoylecgonine.

Partie 2. Analyse chromatograaphique d'un échantillon de cocaîne.
1. Que signifie CPG/FID ?
Chromatographie en phase gazeuse, détecteur à ionisation de flamme.
2. A quoi correspondent les différentes dimensions de la colonne ? (30 m x0,25 mm x 0,25 µm).
Longueur 30 m ; diamètre 0,25 mm ; épaisseur de la phase stationnaire 0,25 µm.
3. Que signifie radio de split 50:1 ?
1/50 du volume injecté dans la chambre de vaporisation est envoyé dans la colonne.
4. Le fonctionnement du détecteur FID nécessite des gaz. lesquels ?
Comment vérifier que ce détecteur est en mode "On" ?
Hélium, argon, azote hydrogène.
5. Quel autre type de gaz vecteur peut être utilisé en CPG/FID ? Quelles doivent être ses spécificités ?
Le gaz vecteur doit être pur, inerte (il ne doit pas réagir avec les constituants de l'échantillon à séparer) et non miscible avec la phase stationnaire.
6. Quel est le mode de fonctionnement du four colonne ? Quel est son intérêt ?
Le four est de type chaleur tournante dont la température est précisément ajustable.
7. Quels sont les critères essentiels pour choisir un étalon interne ?
L'étalon interne n'est pas facile à trouver : il doit avoir une structure chimique proche des solutés analysés, ne pas interférer avec les solutés, ne pas réagir chimiquement avec d'autres constituants présents et doit être compatible avec le système de détection.
8. La méthode de O.Guéniat inclut lors de la phase de préparation de l'échantillon, une dérivatisation au MSTFA. Quel est l'intérêt de cett étape ?
La dérivatisation permet d'analyser des composés très difficile à volatiliser.
9. Un technicien analyse un échantillon avec les conditions analytiques de la méthode d'O. Guéniat avec une colonne de longueur 15 m. Quelle(s) conséquence(s) cela va-t-il avoir sur le chromatogramme ?
Diminution du nombre de plateaux théoriques, donc moindre éfficacité.
10. Rappeler en 3 lignes le principe de l'HPLC.
L'échantillon à analyser est entraîné par la phase liquide mobile dans une colonne remplie d'une phase stationnaire constituée de grains de petite taille. Un débit élevé de la phase mobile et cette fine granulométrie permet une bonne séparation des composants.
11. La colonne greffée C18 est-elle polaire ou apolaire ?
Cette phase est apolaire.
12. Que représentent les valeurs indiquées sur la colonne : 4,6 x 100 mm, 5 µm ?
4,6 mm : diamètre intérieur de la colonne ; 100 mm : longueur de la colonne ; 5 µm : taille des particules.
13. Un des solvants utilisé est de l'eau ultrapure acidifiée par de l'acide formique.
a. Ecrire les différents équilibres qui s'établissent dans cette solution.
2H₂O = HO^- + H₃O⁺.
HCOOH + H₂O = HCOO^- +H₃O⁺.
b. A partir du pH = 2,7 de la solution, calculer la concentration molaire en acide formique ( pKa = 3,8).
pH =pKa + log([HCOO^- ] / [HCOOH]).
log([HCOO^- ] / [HCOOH]) = 2,7-3,8 = -1,1 ; [HCOO^- ] / [HCOOH ]= 10^-1,1 ~0,08.
c. Quel type d'électrodes faut t-il utiliser pour mesurer le pH de la solution ?
Une électrode de verre ainsi qu’une électrode de référence.
d. Comment préparer une solution tampon ?
Mélanger un acide faible ( ou une base faible) avec un sel de sa base conjuguée ( ou de son acide conjugué).
Prendre une solution d'acide faible dont on neutralise la moitié à l'aide d'une bas forte ( titrage acide base avec arrêt à la demi- équivalence).
14. Calculer le facteur de capacité K' pour la cocaïne. Que représente-t-il ?
K' = (t_{r i}-t_m ) / t_m =(7,9-2) / 2,0 =2,95.
K' permet d'appréhender la capacité de la colonne à retenir un composé dans des conditions d'élution données..
15. De quels facteurs dépend le facteur de capacité ?
Du débit, de la température d'élution, de la composition de la phase mobile.
16. A partir des données du pic n°4 ( tr = 7,9 ; d = 0,186 ) , calculer le nombre de plateaux théorique de la colonne.
N = 16 ( t_ri/ I_i)²= 16 ( 7,9 / 0,186)² =2,89 10⁴.
t_ri: temps de rétention du pic i ; I_i largeur à la base du pîc.
17. Comment évolue la HEPT en fonction du débit ?
L'efficacité diminue avec l'augmentation du débit.
18. Calculer le facteur de résolution Rs entre les pics 3 et 4. Sont-ils bien résolus ?
Rs = 2( t_r2-t_r1) / ( d₁+d₂)=2(7,9-6,7) /(0,186+0,158)~ 7, valeur supérieure à 1,5, les pics sont correctement séparés.
19. Citer trois autres types de détecteurs utilisés en HPLC.
Détecteurs UV, visible, de fluorescence, de spectrométrie de masse.