EXERCICE 176
Corrigé
Enoncé :
L'anesthésie des prémices à nos jours
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William Morton (1819-1868) |
Pendant longtemps la chirurgie a été confrontée au problème
de la douleur des patients. Ne disposant d’aucun produit permettant de la
soulager, le médecin ne pouvait pratiquer une opération « à vif » du patient.
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Données :
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Composé |
Éthanol |
Éther diéthylique ou Ether |
Eau |
Éthylène ou Ethène |
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Formule brute |
C2H6O |
C4H10O |
H2O |
C2H4 |
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Température d’ébullition sous une pression de 1 bar
(en°C ) |
78 |
35 |
100 |
-104 |
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Masse molaire (g.mol-1) |
46 |
74 |
18 |
28 |
Ø Masse volumique d’une solution
aqueuse d’hydroxyde de sodium : r = 1,0 g.mL-1 ;
Ø Masse volumique de l’éthanol : réthanol = 0,81 g.mL-1 ;
Ø Masse volumique de l’éther diéthylique : réther = 0,71 g.mL-1 ;
Ø L’eau et l’éther ne sont pas
miscibles ;
Ø La température du laboratoire est de
20°C.
Partie A :
Synthèse de l’éther diéthylique
Ø Choix d’un
protocole
La synthèse de l’éther diéthylique
peut se faire par déshydratation de l’éthanol. Cependant selon les conditions
opératoires choisies, la déshydratation peut aboutir à deux produits
différents.
Les deux équations de réaction correspondantes sont
les suivantes :
CH3-CH2-OH
→ CH2=CH2 + H2O
2 CH3-CH2-OH
→ CH3-CH2-O-CH2-CH3 + H2O
La température joue un rôle important dans
l’orientation de la réaction : une température moyenne favorise la formation de
l’éther diéthylique, une température élevée celle de
l’éthylène.
On étudie deux protocoles possibles de déshydratation
:
Conditions opératoires 1 : on fait passer à 300°C des vapeurs d’éthanol sur de
l’alumine ;
Conditions opératoires 2 : on chauffe l’éthanol à 140°C en présence d’un acide
fort.
Compléter le tableau donné en annexe.
Ø Analyse du
protocole retenu
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Pour synthétiser l’éther diéthylique,
on suit le protocole expérimental suivant : - réaliser un montage de distillation fractionnée
dans lequel un ballon bicol supporte une colonne à
distiller ainsi qu’une ampoule de coulée ; - verser 25 mL d’éthanol
dans le ballon et placer dans l’ampoule de coulée 10 mL
d’un acide fort, l’acide sulfurique concentré ; - sous agitation, verser goutte à goutte l’acide
sulfurique dans le mélange, puis chauffer ; - récupérer le distillat lorsque la température en
tête de colonne est à 35°C ; - verser le distillat dans une ampoule à décanter,
ajouter une solution aqueuse d’hydroxyde de sodium Na+(aq) + HO-(aq) ; - récupérer la phase contenant l’éther diéthylique. |
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Pourquoi faut-il mettre l’erlenmeyer
de récupération du distillat dans un bain de glace ?
Malgré les précautions prises, la formation d’éthylène
peut avoir lieu de façon minoritaire mais pour autant on ne le trouve pas dans
le distillat. À l’aide des données, proposer une explication.
Calculer la quantité de matière d’éthanol introduite
dans le ballon et la masse attendue d’éther diéthylique.
Le distillat obtenu présente un caractère acide.
Quelle étape du protocole permet d’éliminer les traces acides du distillat ?
Justifier.
Où se trouve l’éther diéthylique
dans l’ampoule à décanter ? Justifier.
Ø Étude du mécanisme de la synthèse de l’éther diéthylique
Le mécanisme réactionnel proposé pour la réaction de
déshydratation conduisant à l’éther diéthylique est
proposé ci-dessous. Il comporte trois étapes.
À l’aide de vos connaissances sur les sites donneurs
et accepteurs de doublets d’électrons, expliquer l’étape (a) du mécanisme.
Recopier l’équation de l’étape (a) et faire apparaître
la flèche courbe schématisant le transfert électronique.
En observant les équations des étapes (a) et (c),
justifier que l’acide sulfurique n’est pas un réactif dans cette synthèse. Quel
peut alors être son rôle dans la synthèse ?
Ø Techniques
d’analyse des espèces chimiques intervenant dans la réaction
Les techniques utilisées sont la spectroscopie
infrarouge IR et la spectrométrie RMN du proton.
On donne en annexe deux spectres RMN du proton et deux
spectres infrarouge (IR) correspondant à l’éther diéthylique
et à l’éthanol ainsi qu’une table de données de spectroscopie infrarouge IR.
Associer chaque spectre infrarouge IR et RMN à la
molécule correspondante en justifiant.
Attribuer un signal en RMN à chaque groupe de protons
chimiquement équivalents et justifier sa multiplicité pour chacun des signaux.
Partie B : Un
remplaçant de l’éther diéthylique
À l’heure actuelle, du fait de son extrême
inflammabilité, de ses nombreux effets secondaires, de sa toxicité ainsi que du
risque élevé de dépendance qu’il entraîne, l’éther diéthylique
n’est pratiquement plus utilisé comme anesthésiant, et d’autres molécules
beaucoup plus spécifiques l’ont remplacé. C’est le cas par exemple de la kétamine, qui contient un mélange équimolaire des deux
molécules ci-dessous.
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Molécule A |
Molécule A’ |
Ø Etude des
molécules de la kétamine
Reproduire la formule topologique de la molécule A.
Entourer et identifier les groupes caractéristiques présents dans cette
molécule.
Quelle est la différence entre les molécules A et A’ ?
Ø Utilisation
médicale de la kétamine
Du fait de son action rapide, la kétamine
est principalement utilisée en médecine d’urgence. Elle est le plus souvent
administrée via une injection intraveineuse unique avec une dose de l’ordre de
2 mg par kg de corps humain et sa demi-vie d’élimination est de 2 à 4 heures.
Par analogie avec le temps de demi-réaction défini en
cinétique chimique, proposer une définition au terme de « demi-vie
d’élimination » donné dans le texte.
Annexes :
Annexe
1 : Spectres RMN de l'éthanol et de l'éther diéthylique
Annexe
2 : Spectres IR de l'éthanol et de l'éther diéthylique
Annexe
3 : Tableau de données de spectroscopie IR
Corrigé :
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Partie A : L’éther diéthylique |
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1) Choix d’un protocole |
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2) Analyse du protocole retenu |
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2-1) |
La température d’ébullition de l’éther est de
35°C à pression atmosphérique. L’éther s’évapore facilement. Il faut donc le
recueillir dans la glace. |
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2-2) |
Par contre, la température d’ébullition de
l’éthylène (- 104°C) est trop basse pour le condenser dans le réfrigérant et
il s’échappera sous forme de gaz. |
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2-3) |
AN : D’après l’équation, néther =
AN : |
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2-4) |
La solution d’hydroxyde de sodium est basique et
permet d’éliminer les traces d’acide. |
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2-5) |
L’éther étant moins dense que la phase aqueuse,
il constitue la phase supérieure. |
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3) Étude du mécanisme de la synthèse de
l’éther diéthylique |
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3-1) |
L’oxygène possède deux doublets d’électrons,
c’est le donneur. L’ion H+ est accepteur d’électrons. Un doublet donneur de l’oxygène de l’éthanol
attaque l’ion H+ accepteur.
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3-2) |
L’ion H+ est consommé lors de l’étape
(a) et régénéré lors de l’étape (c). Ce n’est donc pas un réactif. L’acide sulfurique est un catalyseur. |
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4)
Technique d’analyse des espèces chimiques intervenant dans la réaction |
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Le spectre IR 2 ne présente pas de large bande vers
3200-3700 cm-1
caractéristique du groupe OH. C’est donc celui de l’éther et le spectre IR 1 celui de
l’éthanol. Pour
la RMN, les protons de l’éthanol CH3-CH2-OH sont
tels que : CH3 : 2 voisins donc 2 + 1 = 3 pics
donc triplet. CH2 : 3 voisins donc quadruplet OH : pas de voisin donc singulet Pour
l’éther, il n’y a plus le singulet. Donc le spectre
RMN 1 est celui de l’éthanol et le spectre RMN 2 est celui de l’éther. |
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Partie
B :
Un remplaçant de l’éther diéthylique |
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1-1) |
Groupe carbonyle
Groupe amine |
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1-2) |
Les molécules A et A’ n’ont pas la
même configuration spatiale. |
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2) |
La demi-vie d’élimination est la
durée nécessaire pour que la moitié de la kétamine soit éliminée par
l’organisme. |
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