Chap. N° 11

Transformations en chimie organique :

Aspect macroscopique. Exercices.

 

   

 

Moteur de recherche sur les différents sites

 

 

I- Exercice 6 page 292 : étudier le vapocraquage.

II- Exercice 7 page 292 : étudier une modification de structure.

III- Exercice 10 page 292 : Utiliser le nom d’une espèce chimique.

IV- Exercice 13 page 293 : Distinguer une modification de chaîne d’une modification de groupe caractéristique.

V- Exercice 17 page 293 : Rechercher la catégorie d’une réaction.

VI- Exercice 20 page 294 : Parfums.

VII- Exercice 20 page 295 : Déshydratation d’alcools.

VIII- Exercice 28 page 296 : Déshydratation.

IX- Exercice 29 page 296 : Identification d’un alcène.

X- Exercice 31 page 296 : Préparation de l’aniline.

Stéréochimie

Les molécules ont été réalisées avec
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I- Exercice 6 page 292 : étudier le vapocraquage.

 

 Le craquage d’un alcane A de chaîne carbonée linéaire peut se faire selon deux réactions :

-  La première donne du propène et un alcane B

-  La seconde donne du pent-2-ène et du dihydrogène.

1)- Déterminer le nom et la formule des alcanes A et B.

2)- Écrire les équations de ces deux réactions.

3)- La chaîne carbonée est-elle modifiée dans chacune de ces réactions ?

 

 1)- Nom et la formule des alcanes A et B.

-  À partir de la seconde réaction, qui est une déshydrogénation, on peut affirmer que l’alcane A est le pentane linéaire.

-  L’alcane A possède une chaîne carbonée comprenant 5 atomes de carbone.

La première réaction donne du propène (3 atomes de carbone) et l’alcane B qui est l’éthane (2 atomes de carbone).

-  Alcane A : pentane : C5H12 ou CH3CH2CH2CH2 CH3

-  Alcane B : C2H6 ou CH3CH3

2)- Équations de ces deux réactions.

-  Première réaction :

 

Craquage

Prop-1-ène

 

Éthane

CH3 CH2 CH2 CH2 CH3

CH2= CH CH3

+

CH3 CH3

-  Seconde réaction :

 

Craquage

Pent-2-ène

 

Dihydrogène

CH3 CH2 CH2 CH2 CH3

CH3CH= CH CH2 CH3

+

H2

 

3)- La chaîne carbonée est-elle modifiée dans chacune de ces réactions ?

-  Première réaction :

-  La chaîne carbonée a été raccourcie. La chaîne carbonée a été modifiée.

-  Seconde réaction :

-   La chaîne carbonée comprend toujours 5 atomes de carbone. La chaîne carbonée n’a pas été modifiée.

 

II- Exercice 7 page 292 : étudier une modification de structure.

 

 Sous pression et en présence de platine, l’hexane peut réagir de deux façons différentes :

-  Il peut donner du 2,2-diméthylbutane ou du méthylcyclopentane.

1)- Écrire les équations des deux réactions considérées.

2)- Quelle modification de structure a lieu lors de la première réaction ? S’agit-il d’un reformage ?

3)- Quelle modification de structure a lieu lors de la seconde réaction ? S’agit-il d’un reformage ?

 

 1)- Équations des deux réactions considérées.

-  Première réaction :

 

Platine

2,2-diméthylbutane

 

 

 

 

 

Formule brute : C6H14

 

Formule brute : C6H14

-  Seconde réaction :

 

Platine

 

 

 

 

+ H2

 

 

 

 Formule brute : C6H14

Formule brute : C6H12

 

2)- Modification de structure qui a lieu lors de la première réaction :

-  Lors de la première réaction, la longueur de la chaîne a été raccourci, la formule brute reste la même, c’est une isomérisation.

-   Il s’agit d’un reformage.

3)- Modification de structure qui a lieu lors de la seconde réaction :

-  Lors de la seconde réaction, on obtient une molécule cyclique et le nombre d’atome de la chaîne carbonée est inchangée : c’est une cyclisation.

-   Il s’agit d’un reformage.

 

III- Exercice 10 page 292 : Utiliser le nom d’une espèce chimique.

 

 

L’hexanoate de prop-2-ényle, à odeur d’ananas, est un arôme alimentaire.

1)- Quel(s) est (sont) le(s) groupe(s) caractéristique(s) présent(s) ?

2)- Identifier sa formule topologique parmi celles proposées ci-dessous.

A

 

B

 

C

 

 

 1)- Les groupes caractéristiques :

-  La molécule d’hexanoate de prop-2-ényle possède les groupes caractéristiques suivants :

-  Le groupe ester  (terminaison … oate de … yle)

-  Le groupe alcène   (terminaison …ène)

2)- Formule topologique :

A

Bonne molécule

 

Hexanoate de prop-2-èn-1-yle

Ou

Hexanoate de prop-2-ènyle

 

B

 

 (E)-Hex-2-énoate de propyle

 

 

C

 

Prop-2-énoate d’hexyle

 

 

IV- Exercice 13 page 293 : Distinguer une modification de chaîne d’une modification de groupe caractéristique.

 

On donne les équations de trois réactions :

(1)

H3C – (CH2)5 CH3 C3H6 + C4H10

(2)

C6H5 CH2OH + O2 C6H5 CO2H + H2O

(3)

C6H5 CH= CH2 + HCl C6H5 CHCl CH3

1)- Les modifications observées sont-elles des modifications de chaînes ou des modifications de groupes caractéristiques ?

2)- Lorsque le changement de structure est dû à un changement de groupe caractéristique, préciser la nature des groupes caractéristiques mis en jeu.

 

1)- Modification de chaîne ou modification de groupes caractéristiques.

(1)

H3C – (CH2)5 CH3 C3H6 + C4H10

Il s’agit d’une modification de chaîne

Craquage de l’heptane :

 

(2)

C6H5 CH2OH + O2 C6H5 CO2H + H2O

Il s’agit d’une modification de groupes caractéristiques

Oxydation d’un alcool primaire en acide carboxylique

 

(3)

C6H5 CH = CH2 + HCl C6H5 CHCl CH3

Il s’agit d’une modification de groupe caractéristique

Réaction d’addition sur un groupe alcène

 

 

2)- Nature des groupes caractéristiques mis en jeu :

-     Réaction (2) : groupe hydroxyle  et groupe carboxyle

 

-     Réaction (3) : groupe alcène  et groupe halogène

 

V- Exercice 17 page 293 : Rechercher la catégorie d’une réaction.

 

Le dichlorométhane CH2Cl2 est un solvant industriel très utilisé.

Il est synthétisé à partir du méthane et du dichlore.

Le chlorure d’hydrogène HCl alors formé est valorisé en le faisant réagir avec du méthanol pour donner du chlorométhane et de l’eau.

Le chlorométhane ainsi obtenu réagit avec le dichlore pour donner du dichlorométhane.

1)- Écrire l’équation de chaque réaction envisagée.

2)- À quelle(s) catégorie(s) appartiennent ces réactions ?

 

 1)- Équation de chaque réaction envisagée.

CH4

+

2 Cl2

CH2Cl2

+

2 HCl

Méthane

 

Dichlore

 

Dichlorométhane

 

Chlorure d’hydrogène

 

HCl

+

CH3 OH

CH3 Cl

+

H2O

Chlorure d’hydrogène

 

Méthanol

 

Chlorométhane

 

Eau

 

CH3 Cl

+

Cl2

CH2Cl2

+

HCl

Chlorométhane

 

Dichlore

 

Dichlorométhane

 

Chlorure d’hydrogène

 

2)- Catégorie des réactions :

-  Ce sont des réactions de substitution.

 

VI- Exercice 20 page 294 : Parfums.

 

Le méthanoate de 3,7-diméthyloct-6-ényle à l’odeur de rose est utilisé dans les parfums.

1)- Déterminer sont (ou ses) groupe(s) caractéristique(s).

2)- Déterminer sa (ou ses) chaîne(s) carbonée(s).

3)- En déduire sa formule semi-développée.

 

 1)- Groupes caractéristiques.

-  Le groupe ester  (terminaison … oate de … yle)

-  Le groupe alcène   (terminaison …ène)

2)- Chaîne carbonée.

-  La molécule est du type :

 

-  La chaîne carbonée principale R’ :

-  Elle comprend 8 atomes de carbone (octa) et une double liaison entre les atomes de carbone 6 et 7.

-  Les atomes de carbone 3 et 7 portent un groupe méthyle – CH3.

-  Le groupe R est un atome d’hydrogène H.

 

3)-  Formule semi-développée.

 

-  Formule topologique :

 

 

VII- Exercice 20 page 295 : Déshydratation d’alcools.

 

 La déshydratation d’un alcool est une réaction d’élimination d’une molécule d’eau.

1)- Donner les formules semi-développée et topologique de tous les alcènes qui peuvent être obtenus lors de la déshydratation des alcools suivants :

a)-   Butan-2-ol ;

b)-  2-méthylpentan-3-ol ;

c)-   3-méthylhexan-3-ol

2)- Donner les formules semi-développée et topologique du (des) alcool(s) qui peuvent donner l’un des alcènes ci-dessous par déshydratation :

a)-   Propène ;

b)-  Méthylpropène ;

c)-   (E)-but-2-ène.

 

 1)- Formules semi-développée et topologique des alcènes:

a)-   Butan-2-ol ;

 

 

+

H2O

Butan-2-ol

 

(E)-but-2-ène

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

H2O

Butan-2-ol

 

(Z)-but-2-ène

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

H2O

Butan-2-ol

 

but-1-ène

 

 

 

 

 

 

 

 b)-  2-méthylpentan-3-ol ;

 

 

+

H2O

2-méthylpentan-3-ol 

 

2-méthylpent-2-ène

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

H2O

2-méthylpentan-3-ol 

 

(E)-4-méthylpent-2-ène

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

H2O

2-méthylpentan-3-ol 

 

(Z)-4-méthylpent-2-ène

 

 

 

 

 

 

 

 

c)-   3-méthylhexan-3-ol :

 

 

+

H2O

 

 

(Z)-3-méthylhex-3-ène

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

H2O

 

 

(E)-3-méthylhex-3-ène

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

H2O

 

 

(Z)-3-méthylhex-2-ène

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

H2O

 

 

(E)-3-méthylhex-2-ène

 

 

 

 

 

 

 

2)- Formules semi-développée et topologique du (des) alcool(s) :

a)-   Propène ;

 

 

+

H2O

Propan-2-ol

 

Prop-1-ène

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

H2O

Propan-1-ol

 

Prop-1-ène

 

 

 

 

 

 

 

b)-  Méthylpropène ;

 

 

+

H2O

2-méthylpropan-2-ol

 

2-méhylprop-1-ène

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

H2O

2-méthylpropan-1-ol

 

2-méhylprop-1-ène

 

 

 

 

 

 

 

c)-   (E)-but-2-ène.

 

 

+

H2O

Butan-2-ol

 

(E)-but-2-ène

 

 

 

 

 

 

 

 

 

VIII- Exercice 28 page 296 : Déshydratation.

 

Une masse m = 17,6 g de pentan-1-ol passe sur de l’alumine chauffée vers 400 ° C.

Le volume de gaz obtenu vaut V = 3,2 L dans des conditions telles que le volume occupé par une mole de gaz vaut Vm = 25.2 L.

 

1)- À l’aide des spectres A du réactif et B du produit donnés ci-dessus, déterminer la nature de la réaction qui a lieu. Écrire son équation.

-     Chap. N° 04 Analyse spectrale. Cours.

2)- Quel est le rôle de l’alumine ?

3)- Déterminer le rendement de cette synthèse.

 

1)- Équation de la réaction.

-  Superposition des deux spectres A et B :

 

-  Passage de A à B :

-  On s’aperçoit que la bande à 3350 cm–1 a disparu.

-  À la lecture du tableau : bandes d’absorption caractéristiques :

-  Chap. N° 04 Analyse spectrale. Cours.

-  Cette bande correspond à la liaison suivante :

O Hlié

3200 à 3400

Forte

-  Parallèlement, il y a apparition d’une bande entre 1600 cm–1 et 1700 cm–1

-  Cette bande correspond à la liaison suivante :

 

1625 à 1685

Moyenne

-  Au cours de la réaction, on passe d’un alcool à un alcène.

-  C’est une réaction d’élimination, élimination d’une molécule d’eau.

 

alumine

400 ° C

 

+

H2O

Pentan-1-ol

 

pent-1-ène

 

 

 

 

 

 

 

2)- Rôle de l’alumine :

-  L’alumine est un catalyseur de la réaction.

3)-  Rendement de cette synthèse.

-  Quantité de matière de réactif :

-  On utilise une masse m = 17,6 g de pentan-1-ol.

-  Masse molaire du pentan-1-ol : M (C5H12O) = M (ol) = 88,0 g / mol

-   

-  Quantité de matière de produit :

-  Le produit, le pent-1-ène, est obtenu à l’état gazeux

-  V = 3,2 L

-  Vm = 25.2 L

-   

-  Rendement de la réaction :

-  Le rendement d’une synthèse, noté ρ, est égal au quotient de la quantité de produit obtenu nexp, par la quantité maximale de produit attendu nmax.

-  nexp = n (ène) ≈ 0,13 mol et nmax = n (ol) ≈ 0,200 mol

-   

 

IX- Exercice 29 page 296 : Identification d’un alcène.

 

 Un alcène A a pour masse molaire MA = 56,0 g / mol.

1)- Quelle est la formule brute d’un alcène possédant n atomes de carbone ? En déduire la formule brute de A.

2)- Représenter et nommer tous les isomères de A.

3)- L’addition de chlorure d’hydrogène HCl sur A conduit au seul mélange racémique de B et B’.

a)-   Écrire l’équation de la réaction correspondante. Quelle est la modification de la structure réalisée ?

b)-  En déduire la formule semi-développée de A, puis celle de B et B’. La structure de A est-elle totalement déterminée ?

c)-   Repérer l’atome de carbone asymétrique de B et B’. Quelle relation de stéréoisomérie existe entre B et B’ ?

 

 1)- Formule brute générale d’un alcène et formule brute de A.

-  CnH2n

-  Le but est de trouver la valeur de n :

-  12 n + 2 n = 56

-  14 n = 56

-  n = 4

-  Formule brute de A :

-  C4H8

2)- Les isomères de A :

 

But-1-ène

 

(E)-but-2-ène

 

(Z)-but-2-ène

 

2-méthylpro-1-ène

3)- Réaction d’addition de chlorure d’hydrogène :

a)-   Équation de la réaction correspondante :

-  Addition sur le but-1-ène :

HCl

+

 

 

Chlorure d’hydrogène

 

But-1-ène

 

1-chlorobutane

 

 

 

 

Ou

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2-chlorobutane

-  Cette réaction peut donner le 1-chlorobutaneet le 2-chlorobutane.

-  Cette réaction ne convient pas.

On ne peut pas avoir un mélange racémique.

-  Addition sur le but-2-ène :

HCl

+

 

 

Chlorure d’hydrogène

 

But-2-ène (Z ou E)

 

2-chlorobutane

-  Cette réaction peut convenir car la molécule obtenue possède un carbone asymétrique.

-  On peut obtenir un mélange racémique des deux stéréoisomères (des deux énantiomères).

-  Addition sur 2-méthylprop-1-ène 

HCl

+

 

 

Chlorure d’hydrogène

 

2-méthylpro-1-ène

 

2-chloro2-méthylpropane

 

 

 

 

ou

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2-chloro2-méthylpropane

-  Cette réaction peut donner le 2-chloro2-méthylpropane le 1-chloro2-méthylpropane.

-  Cette réaction ne convient pas.

-  On ne peut pas avoir un mélange racémique.

-  Modification de structure réalisée :

-  Une modification de groupe caractéristique a été réalisée au cours de cette réaction.

-  On passe d’un groupe alcène à un groupe halogène.

b)-  Structure de A :

-  L’addition du chlorure d’hydrogène sur le (E)-but-2-ène et le (Z)-but-2-ène conduit au même produit le 2-chlorobutane.

-  En conséquence, la structure de A n’est pas totalement déterminée.

On ne sait pas s’il s’agit de l’isomère Z ou de l’isomère E du but-2-ène.

c)-   Repérage de l’atome de carbone asymétrique :

 

-  Représentation des molécules B et B’ :

 

-  Les molécules B et B’ sont des énantiomères :

Stéréoisomères images l’un de l’autre dans un miroir plan.

 

X- Exercice 31 page 296 : Préparation de l’aniline.