Chimie organique
Synthèse de médicaments
la benzocaïne
1. Introduction
La benzocaïne est un anesthésique. Elle se trouve dans des
médicaments dont le principe actif est de soulager la douleur.
Elle est présente également dans les pommades qui traitent les symptômes
de lésions cutanées: brûlures superficielles, ou érythèmes solaires .
Voici la formule développée de cette molécule :
Dans cette molécule, le groupe O-C=O est le groupe
caractéristique de l'ester benzocaine.
Les voix de synthèse de la benzocaine sont multiples
dépendamment du rendement. On procéde à une synthèse à partir du 4-nitrotoluene ou à partir de l’acide 4-nitrobenzoique.
Nous allons considérer le démarrage de la synthèse à partir
du 4-nitrobenzoique, qui est moins dangereux.
Pour former la benzocaine , on procède à une synthèse à trois
étape:
• Première étape : estérification de
l'acide 4-aminobenzoïque,
• Deuxième étape : séparation de la benzocaîne,
• Troisième étape : vérification de la pureté du produit.
2. Réaction Chimique
Acide
4-aminobenzoïque (solide) + éthanol absolu (liquide) → benzocaïne (4-aminobenzoate d'éthyle)(solide) + eau (liquide)
Avec les formules brutes, on la réaction équilibrée suivante:
C7H7NO2 + CH3CH2OH → C9H11NO2
+ H2O
3. Mode opératoire
Première étape : estérification
Cette première étape consiste à faire réagir l'acide-4-aminobenzoique avec de l’éthanol absolue.
Le protocole est le suivant :
• Dans un réacteur de 250 mL équipé d’un réfrigérant à reflux, d’une ampoule de coulée et d’un système d’agitation, on introduit 6.8 g d’acide 4-nitrobenzoique et 60 mL d’éthanol absolu.
• On coule lentement, en agitant, 8 mL d’acide sulfurique concentrée.
• On chauffe à reflux pendant 45 minutes.
• On refroidit à température ambiante ; on coule sur 100 mL d’une solution de soude à 10% et 100g de glace pilée, en agitant vigoureusement.
• On filtre sur büchner, puis on rince à l'eau glacée.
Deuxième étape : séparation de la benzocaîne
La deuxième peut être celle où on utilise une solution saturée de carbonate de sodium, de l'éther , et du sulfate de magnésium anhydre.
• Verser le mélange acide du 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 basique voisin de 9.
• 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 l5 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 I'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 bûchner; laver le solide obtenu à l'eau, le sécher.
• Peser le solide obtenu.
Troisième étape : vérification de la pureté du
produit
Cette dernière étape peut consister en calculer
le rendement ou, afin de vérifier la pureté du produit préparé, on effectue une chromatographie sur couche mince, puis les UV.
À partir du diagramme résultant d'une chromatographie, on analyse les constituants chimiques d'un mélange.
4. Définitions
• Le rendement d'une réaction chimique
Le rendement d'une réaction chimique est le rapport de la quantité de matière de l'espèce chimique obtenue et de la quantité de matière de cette même espèce que l'on aurait pu obtenir.
Pour améliorer le rendement d'une réaction, on peut introduire un réactif en excès.
• Catalyseur
Un catalyseur est une espèce chimique qui diminue la durée d’une réaction chimique.
Au cours de la réaction, un catalyseur est consommé lors d’une étape puis régénéré lors d’une étape ultérieure.
De plus, un catalyseur est sélectif : son action est spécifique à une réaction donné
• Büchner
L'entonnoir Büchner est un outil de filtration sous vide. Il permet aussi le séchage partiel des solides.
La partie supérieure de l'entonnoir est constituée d'un cylindre avec un fond plat perforé sur
lequel on place un papier filtre.
La partie inférieure est un entonnoir classique.
Le liquide à filtrer est versé dans le cylindre et est aspiré par un vide partiel créé dans une fiole à vide placée sous l'entonnoir.
Il résulte le plus souvent d'une pompe à eau. Le filtrat est recueilli dans la fiole à vide et le solide demeure dans l'entonnoir.
Cette méthode permet une filtration plus rapide et plus efficace que la simple filtration par gravité.
• L’éthanol absolu
L'alcool absolu ou alcool déshydraté ou encore éthanol absolu est de l'éthanol pur (C2H5OH) ne contenant pas plus de un pour cent d'eau, par opposition à l'alcool rectifié.
• Le chauffage à reflux
Le chauffage à reflux est utilisé pour accélérer une réaction chimique,
en évitant le pertes de réactifs ou de produits.
5. Quelques précisions
Les ions hydronium apportés par l’acide sulfurique servent de catalyseur à la réaction. Ils permettent ainsi d’atteindre plus rapidement l’équilibre sans le modifier.
Le chauffage permet d’augmenter la vitesse de la réaction. Le réfrigérant à boules permet de recondenser les vapeurs afin d’éviter la perte de matière.
Le fait d’avoir un réactif en excès permet de déplacer l’équilibre dans le sens direct, c'est à dire de
formation d’ester; ainsi on augmente le rendement de la réaction.
6. Synthèse du 4-aminobenzoïque
Il s'agit d'une nitration du toluène.
On fait agir un mélange d'acides sulfurique
H2SO4
et nitrique HNO3 sur le toluène
C7H8 pour former
le mononitrotoluène (M.N.T.) C7H7 NO2 :
• suivie d'une hydrogénation catalytique en présence de palladium afin de réduire le groupe nitro –NO2 en groupe –NH2.
• On procède ensuite à une oxydation sélective, par du permanganate de potassium, pour obtenir l’acide 4-aminobenzoïque,
7. Données
• acide 4-nitrobenzoïque : nocif en cas d’ ingestion
M =167,12 g.mol-1 Tf =242° C
solubilité à 20° C : 0,042 g dans 100 mL d’eau
0,91 g dans 100 mL d’éthanol
2,22 g dans 100 mL d’éther
• 4-nitrobenzoate d’éthyle: irritant pour la peau
M = 195,17 g.mol-1
insoluble dans l’eau, soluble dans l’éthanol et l’éther
• 4-aminobenzoate d’éthyle (benzocaïne) : irritant pour la peau
M = 165,19 g.mol-1
solubilité à 20° C : 0,040 g dans 100 mL d’eau
20,0 g dans 100 mL d’éthanol
25,0 g dans 100 mL d’éther
soluble dans les acides dilués
• éthanol absolu : facilement inflammable
M = 46.07 g.mol-1 Teb (760) =78°C d =0,7890
miscible à l’eau en toutes proportions
• acide sulfurique concentré : provoque de graves brûlures
M = 98.08 g.mol-1 d = 1.83
• soude : provoque de graves brûlures
M = 40.00 g.mol-1
pureté: 95 % minimum
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