Analyse du protocole - Optimisation de la vitesse

On s'intéresse à la synthèse décrite dans la perle précédente, celle du paracétamol `"C"_8"H"_9"NO"_2` à partir du para-aminophénol `"C"_6"H"_7"NO"` et de l'anhydride éthanoïque `"C"_4"H"_6"O"_3`.

On se concentre sur les deux premières phases du protocole, la phase 3 permettant d'isoler le produit (surlignages en vert).

• Phase 1 : dans un ballon bicol de 150 mL, introduire 2,7 g de para-aminophénol (`2,5\times 10^{-2}\ "mol"`), 25 mL d’eau distillée, 2 mL d’acide éthanoïque glacial prélevés à l’éprouvette graduée et une olive aimantée. Adapter sur le ballon un réfrigérant à air et chauffer le milieu dans un bain-marie à 60 °C placé sur un agitateur magnétique chauffant.
  
• Phase 2 : ramener le milieu réactionnel à température ambiante puis, sous la hotte, introduire au goutte-à-goutte 5 mL d'anhydride éthanoïque ( `5,3\times 10^{-2} "mol"`) sous agitation à l’aide de l’ampoule de coulée. Chauffer au bain-marie vers 60 °C pendant 10 minutes. 
  

Données :

Quels facteurs cinétiques permettent d'optimiser cette synthèse ?

• Le milieu réactionnel est porté à 60 °C pendant la transformation chimique : on joue ici sur la température. La vitesse de formation du paracétamol est alors plus élevée qu'à température ambiante.
  
• L'anhydride éthanoïque est introduit en quantité plus importante que nécessaire : on joue sur la concentration initiale en réactif. La vitesse de formation du paracétamol est donc plus élevée que si on en avait seulement introduit `2,5\times 10^{-2}\ "mol"`.
  
• L'ajout d'acide éthanoïque dans le mélange réactionnel permet, d'après les données, de mieux solubiliser le para-aminophénol dans le milieu réactionnel, facilitant ainsi le contact entre réactifs.
  

Dans la suite du cours, d'autres méthodes d'optimisation de la cinétique d'une étape de synthèse seront présentées.

Remarques

• Dans d'autres protocoles de synthèse, l'ajout d'un catalyseur permet aussi d'optimiser la vitesse de formation du paracétamol.
• Pour tester l'influence de la température, il est possible de réaliser cette manipulation à température ambiante et de comparer le rendement des deux synthèses après la même durée.