Aurélie 20/06/06

Estérification, extraction par solvants, chromatographie

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La benzocaïne (4-aminobenzoate d'éthyle) est le principe actif de médicaments pouvant soulager la douleur, Par exemple, il est présent dans une pommade qui traite les symptômes de lésions cutanées (brûlures superficielles, érythèmes solaires). Dans la suite de l'exercice, la benzocaïne sera notée E, sa formule semi-développée est :

On se propose de préparer la benzocaïne en faisant réagir de l'acide 4-aminobenzoïque, noté ensuite HA et un composé liquide à température ambiante, l'éthanol.

L'équation de la réaction est : HA + CH3-CH2OH = H2O + E

Première étape : estérification

- dans un ballon de 100 mL, introduire une masse mHA = 1,30 g de HA, solide constitué de cristaux blancs et un volume V = 17,5 mL d'éthanol. Agiter doucement dans un bain de glace et ajouter peu à peu 2 mL d'une solution aqueuse concentrée d'acide sulfurique.

- chauffer à reflux pendant une heure, puis laisser revenir le mélange à température ambiante.

Les ions hydronium, ou oxonium apportés par l' acide sulfurique jouent le rôle de catalyseur : ils permettent d'atteindre plus rapidement l'équilibre.
Le chauffage à reflux permet de travailler à température modérée ( la vitesse de la réaction est augmentée) tout en évitant les pertes de matière : les vapeurs se condensent et retombent dans le milieu réactionnel.

L'éthanol, réactif en excès, permet de déplacer l'équilibre vers la formation de l'ester et d'augmenter le rendement ( calculé par rapport au réactif limitant).


Deuxième étape : séparation de la benzocaïne

- verser le mélange très acide contenu dans le ballon dans un bécher et y ajouter peu à peu une solution saturée de carbonate de sodium en mélangeant le tout jusqu'à obtenir une solution ayant un pH voisin de 9. On observe un dégagement gazeux et la formation d'un précipité (sulfate de sodium).

- filtrer le mélange pour éliminer le précipité ;

-placer le filtrat dans une ampoule à décanter, rincer le bécher avec 15 mL d'éther que l'on ajoute au contenu de l'ampoule, agiter l'ampoule et laisser décanter ;

- récupérer la phase organique dans un erlenmeyer, rincer de nouveau la phase aqueuse avec 15 mL d'éther, laisser décanter et joindre la phase organique à celle déjà présente dans l'erlenmeyer ;

- ajouter un peu de sulfate de magnésium anhydre au contenu de l'erlenmeyer, laisser au contact quelques minutes puis filtrer ;

- évaporer le solvant de la phase organique sous hotte ; une huile apparaît qui se solidifie dans un bain de glace ;

- filtrer sur büchner ; laver le solide obtenu à l'eau, le sécher ;

- peser le solide obtenu.

Valeurs de pKa à 25°C : pKa(HA(aq)/A-(aq)) = 4,9 ; on rappelle que l'ion carbonate est une base.

Quelques solubilités :
solubilité dans 100 mL
HA : acide 4-aminobenzoïque
NaA :4-aminobenzoate de sodium
E :benzocaïne
éthanol
éther
d'eau
très faible
très soluble
très faible
infinie
7,5 g
d'éthanol
11,3 g
très faible
20,0 g

infinie
d'éther
8,2 g
très faible
14,3 g
infinie

Masses volumiques : eau : 1,0 g.cm-3 ; éther : 0,79 g.cm-3




L'acide AH est un peu soluble dans l'éther ainsi que dans l'éthanol ; par contre sa base conjuguée A- l'est très peu.
La solution de carbonate de sodium ( l'ion carbonate est une base) permet de transformer l'acide AH restant en ion carboxylate A-.

A pH =9 , valeur bien supérieure au pKa du couple(HA(aq)/A-(aq)), l'espèce prédominante de ce couple est A-(aq) : ce dernier est insoluble dans l'ether, mais en revanche très soluble dans l'eau : il se trouve donc dans la phase aqueuse.

La phase aqueuse, la plus dense occupe la partie inférieure.
Le sulfate de magnésium anhydre joue le rôle de déshydratant ( il élimine toutes traces d'eau de la phase organique)


Troisième étape : vérification de la pureté du produit

Afin de vérifier la pureté du produit préparé, on effectue une chromatographie sur couche mince, Tous les échantillons à étudier sont d'abord dissous dans l'éthanol.

- réaliser les dépôts de gauche à droite dans l'ordre suivant : le dépôt 1 correspond à l'acide HA, le dépôt 2 à la benzocaïne pure, le dépôt 3 au solide obtenu à la fin de la deuxième étape ;

- placer la plaque dans une cuve de chromatographie contenant l'éluant ;

- après élution, sortir la plaque, repérer le front de solvant, sécher, révéler sous UV pour repérer les différentes taches.

Le chromatogramme obtenu après révélation est fourni ci- après.


d'après le chromatogramme, le produit synthétisé à l'étape 2 présente deux taches : il s'agit donc d'un mélange.

Les deux"étalons" notés 1 et 2 permettent d'identifier les deux constituants de ce mélange : AH ( en faible quantité au regard de la dimension de la tache) et la benzocaïne ( en quantité très importante).



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