Preparation of 2,4-dimethyldecane, 5-n-propylnonane, 2
publicité
Nom : Classe : Une molécule de communication D’après la thèse présentée par : Raphaël BOULAY le 22 novembre 1999 : « IMPLICATION DU SYSTÈME OCTOPAMINERGIQUE DANS LA COHÉSION SOCIALE ET LA RECONNAISSANCE CHEZ LA FOURMI CAMPONOTUS FELLAH » et de l’extrait d’un article de Center for Heterocyclic Compounds, Department of Chemistry, University of Florida L’intérêt récent pour certains alcanes, à longue chaîne peu ramifiée, concerne la synthèse de molécules naturelles comme les hormones d’insectes. La plupart des messages échangés par les fourmis sont des messages chimiques, des messages d’odeurs. Ainsi la communication chimique chez les insectes est la plus utilisée. Par exemple les fourmis possèdent des glandes qui secrètent des substances chimiques telles que les phéromones, ce sont des substances volatiles qui fonctionnent comme des signaux chimiques. La communication chimique est régie dans la quasi-totalité des cas par les phéromones, substances chimiques odorantes, que seules les fourmis peuvent sentir ; c’est par les antennes que les odeurs sont distinguées. Ce signal chimique est formé d’hydrocarbures cutilaires (se trouvant sur la cuticule, l’enveloppe externe des insectes), il porte à la fois l’information sur l’espèce, la société, la caste et le stade de développement auxquelles appartiennent les individus rencontrés : c’est une véritable carte d’information génétique. C’est en sécrétant cette substance qu’une fourmi peut avertir la présence de nourriture ou d’un danger, ainsi que de sa localisation. Ce système de communication est très sophistiqué. On s’intéresse dans cet exercice à la synthèse d’une molécule très proche d’une phéromone naturelle : le 5-ethyl-2-methylnonane 1) Ecrire la formule topologique de cet alcane. Donner sa formule brute. (/0,75) La première étape (réaction 1) de la synthèse utilise le réactif A qu’on fait réagir avec un organomagnésien (substance organique contenant l’élément magnésium). H3C H3C Cl H3C O Mg CH3 Réaction 1 + H3C CH3 CH3 O 2-ethylhexanal A CH3 Mg Cl 2) Donner (directement sur cet énoncé) le nom de la molécule A. Entourer la fonction de la molécule A. (/0,75) 3) Décrire le(s) test(s) que vous réaliseriez pour essayer de mettre en évidence la fonction organique de cette molécule A. (/2) La deuxième étape (réaction 2) de la synthèse utilise le produit de la réaction 1 qu’on fait réagir avec de l’eau. H3C H3C H3C CH3 O Mg Cl O + 2 HH22O Réaction 2 H3C CH3 CH3 OH + Mg(OH)2+ HCl CH3 5-ethyl-2-methylnonan-4-ol B 4) Donner le nom et la classe de l’alcool B obtenu (argumenter).. (/1,5) 5) a) Décrire le test à utiliser pour montrer que l’alcool n’est pas tertiaire ? (/1,5) b) Quelle serait la fonction organique de la molécule produite par ce test ? (/0,5) c) Ecrire l’équation de la réaction du test en milieu acide (avec les formules topologiques pour les espèces organiques). (/2,5) La troisième étape (réaction 3) de la synthèse utilise le produit de la réaction 2 qu’on fait réagir avec du chlorure de thionyle. H3C H3C Cl H3C CH3 + S Réaction 3 H3C CH3 + SO2 + HCl O OH CH3 Cl Cl CH3 4-chloro-5-ethyl-2-methylnonane C 6) A quelle catégorie de réaction appartient la réaction 3 : est ce une réaction d’addition, d’oxydation, de réduction, de substitution ou d’élimination ? Argumenter (/1) 7) a) Entourer (directement sur cet énoncé) la fonction et donner le nom de la molécule C obtenue. (/0,75) b) Décrire le test que vous réaliseriez pour essayer de mettre en évidence la fonction organique de cette molécule C. (/1) La quatrième étape (réaction 4) de la synthèse utilise le produit C de la réaction 3 qu’on fait réagir avec de la potasse. Réaction 4 H3C H3C H3C H3C CH3 Cl + KOH H3C CH3 CH3 + H3C + KCl +H2O CH3 CH3 CH3 D .......... E + .......... F G On obtient 4 produits dont les 2 molécules D et E. 8) a) Donner (directement sur cet énoncé) le nom des molécules D et E. (/1) b) Donner la configuration de la double liaison des molécules D et E. Argumenter. (/1,5) 9) a) Expliquer pourquoi on obtient 2 autres produits F et G. (/1,5) b) Donner la formule topologique et le nom de F et de G. (/1) c) A quelle catégorie de réaction appartient la réaction 4 ? Argumenter. (/1) La cinquième et dernière étape (réaction 5) de la synthèse utilise les espèces D , E , F et G qu’on fait réagir avec du dihydrogène gazeux afin d’obtenir le 5-éthyl-2-méthylnonane 10) A quelle catégorie de réaction appartient la réaction 5 ? Argumenter. (/0,75) 11) Ecrire l’équation de réaction (avec les formules topologiques pour les espèces organiques) de cette dernière étape en utilisant comme réactif la molécule D ou E. (/0,5) Nom : Classe : Une molécule de communication D’après la thèse présentée par : Raphaël BOULAY le 22 novembre 1999 : « IMPLICATION DU SYSTÈME OCTOPAMINERGIQUE DANS LA COHÉSION SOCIALE ET LA RECONNAISSANCE CHEZ LA FOURMI CAMPONOTUS FELLAH » et de l’extrait d’un article de Center for Heterocyclic Compounds, Department of Chemistry, University of Florida L’intérêt récent pour certains alcanes, à longue chaîne peu ramifiée, concerne la synthèse de molécules naturelles comme les hormones d’insectes. La plupart des messages échangés par les fourmis sont des messages chimiques, des messages d’odeurs. Ainsi la communication chimique chez les insectes est la plus utilisée. Par exemple les fourmis possèdent des glandes qui secrètent des substances chimiques telles que les phéromones, ce sont des substances volatiles qui fonctionnent comme des signaux chimiques. La communication chimique est régie dans la quasi-totalité des cas par les phéromones, substances chimiques odorantes, que seules les fourmis peuvent sentir ; c’est par les antennes que les odeurs sont distinguées. Ce signal chimique est formé d’hydrocarbures cutilaires (se trouvant sur la cuticule, l’enveloppe externe des insectes), il porte à la fois l’information sur l’espèce, la société, la caste et le stade de développement auxquelles appartiennent les individus rencontrés : c’est une véritable carte d’information génétique. C’est en sécrétant cette substance qu’une fourmi peut avertir la présence de nourriture ou d’un danger, ainsi que de sa localisation. Ce système de communication est très sophistiqué. On s’intéresse dans cet exercice à la synthèse d’une molécule très proche d’une phéromone naturelle : le 3-éthyldécane 1) Ecrire la formule topologique de cet alcane. Donner sa formule brute. (/0,75) La première étape (réaction 1) de la synthèse utilise le réactif A qu’on fait réagir avec un organomagnésien (substance organique contenant l’élément magnésium). CH 3 CH3 Mg + CH3 Réaction 1 Cl H3C O H3C decan-3-one O CH3 Mg A Cl 2) Donner (directement sur cet énoncé) le nom de la molécule A. Entourer la fonction de la molécule A. (/0,75) 3) Décrire le(s) test(s) que vous réaliseriez pour essayer de mettre en évidence la fonction organique de cette molécule A. (/2) CH3 CH3 Réaction 2 + Mg(OH)2+ HCl + 22H2HO2O H3C O Mg Cl CH3 H3C OH CH3 B 3-ethyldecan-3-ol La deuxième étape (réaction 2) de la synthèse utilise le produit de la réaction 1 qu’on fait réagir avec de l’eau. 4) Donner le nom et la classe de l’alcool B obtenu (argumenter). (/0,5+1) 5) Décrire le test à utiliser pour obtenir des renseignements sur la classe de l’alcool.Quel sera le résultat du test sur B? (/1,5) La troisième étape (réaction 3) de la synthèse utilise le produit de la réaction 2 qu’on fait réagir avec un réactif relativement complexe qu’on surnomme PTSA. H3C CH3 C CH3 + H3C Réaction 3 CH3 PTSA H3C + H2O H3C OH D CH3 CH3 + E 6) A quelle catégorie de réaction appartient la réaction 3 : est ce une réaction d’addition, d’oxydation, de réduction, de substitution ou d’élimination ? Argumenter (/1) 7) a) Entourer (directement sur cet énoncé) la fonction et donner le nom de la molécule C obtenue. (/0,75) b) Décrire le test que vous réaliseriez pour essayer de mettre en évidence la fonction organique de cette molécule C. (/1) On obtient lors la troisième étape 3 produits dont la molécule C. 8) D est un isomère de configuration de C. Donner la formule topologique et le nom de D. (/0,25) On argumentera pour le nom de la configuration. (/1,5) 9) a) Expliquer pourquoi on obtient un autre produit E. (/1) b) Donner la formule topologique et le nom de E. (/1) c) E est un isomère de C. De quel type d’isomérie s’agit il ? Argumenter. (/1) La quatrième et dernière étape (réaction 4) de la synthèse utilise les espèces C, D et E qu’on fait réagir avec du dihydrogène gazeux afin d’obtenir le 3-éthyldécane 10) A quelle catégorie de réaction appartient la réaction 4 ? Argumenter. (/1) 11) Ecrire l’équation de réaction (avec les formules topologiques pour les espèces organiques) de cette dernière étape en utilisant comme réactif la molécule C. (/1) Questions complémentaires : 12) a) Classez les molécules A, B et C par ordre de température d’ébullition croissante. Argumenter. (/1,75) b) Ces molécules ont-elles des températures d’ébullition très différentes dans les mêmes conditions de pression (p =1013 hPa) ? Argumenter. (/0,5) 13) Par réaction de substitution sur l’alcool B, on peut obtenir un dérivé chloré F. a) Donner le nom et la formule topologique de F. (/0,75) b) Décrire le test que vous réaliseriez pour essayer de mettre en évidence la fonction organique de cette molécule F. (/1) CH3 Correction Une molécule de communication CH3 1) Formule topologique et formule brute du 3-éthyldécane. C12 H26 (/1,5) CH3 2) Nom et entourer la fonction de la molécule A. (/1,5) 3) Décrire le(s) test(s) pour mettre 3-ethyldecane en évidence la fonction organique de cette molécule A. (/2) Test à la DNPH : commun avec les aldéhydes : dans un tube à essai, verser 1 mL de DNPH. Ajouter quelques gouttes de la cétone, un précipité jaune doit se former. Test à la liqueur de Fehling : différenciation entre cétone et aldéhyde H3C CH3 : dans un tube à essai, verser 1 à 2 mL de liqueur de Fehling de couleur bleu. O Ajouter qq gouttes de cétone, un précipité rouge doit se former après chauffage. décan-3-one 4) Nom et la classe de l’alcool B H3C obtenu (/1) alcool tertiaire car le carbone de H3C CH3 la fonction alcool est relié à 3 chaînes carbonées. 2 5) Description du test à utiliser pour obtenir des 2 PTSA OH renseignements sur la classe de l’alcool. CH3 4 3 Quel sera le résultat du test sur B? (/1) C CH3 Test aux ions permanganate : les alcools primaires CH3 3 3-ethyldecan-3-ol et secondaires sont réducteurs. (2E)-3-ethyldec-2-ene Dans un tube à essai, verser 1 mL de solution aqueuse d’ions permanganate en milieu acide par exemple. Et quelques gouttes de l’alcool tertiaire. Chauffer. H3C La solution doit rester violette en présence d’un alcool tertiaire. H3C La réaction 3 est résumée à droite . 6) Catégorie de cette réaction : (/1) H2O + d’élimination : l’espèce réactive a perdu ici l’équivalent d’une molécule d’eau 7) a) Entourer la fonction et donner le nom de la molécule C obtenue. (/1) D b) Description du test pour mettre en évidence la fonct° de la molécule C. CH3 (/1) Dans un tube à essai verser 1 mL de solution aqueuse de dibrome (2Z)-3-ethyldec-2-ene (ou eau de dibrome) de couleur jaune orangé, ajouter quelques gouttes de C, la solution de dibrome devrait se décolorer 8) D est un isomère de configuration de C. Formule topologique et le nom de D. H3C Nom de la configuration. (/1) On regarde chacun des atomes portés par les atomes H3C de carbone de la double liaison (n°2 et n°3). L’atome de carbone 2 porte un atome de C (du groupement méthyl) et une atome d’hydrogène. L’atome de C possédant un n° atomique plus élevé que l’atome H, le groupement E Méthyl est prioritaire sur l’hydrogène. L’atome de carbone 3 doublement lié porte CH3 2 atomes de C (équivalent pour la longueur de chaîne à un groupement éthyl pour l’un et 3-ethyldec-3-ene heptyl pour l’autre) . Le groupement heptyl (chaine carbonée la plus longue) est prioritaire puisque si le classement ne peut s’effectuer sur le 1 er atome de carbone attaché, il se fait alors sur le suivant et ainsi de suite. En effet les groupements prioritaires portés par chaque atome de carbone doublement lié sont placés du même côté de l’axe de la double liaison. L’alcène a pour configuration E. 9) a) Expliquer pourquoi on obtient un autre produit E. (/1) On obtient un autre produit E car la déshydratation concerne l’atome de C (n°3) portant la fonction alcool et un atome de C vicinal (il en existe ici le n°4 et 2 atomes de carbone en position 2). Si l’atome de carbone n°4 perd l’équivalent d’un atome d’hydrogène, on obtient E. b) Donner la formule topologique et le nom de E. (/1) c) E est un isomère de position de C car ces 2 molécules ne différent que par la position de la double liaison. (/1). La quatrième étape (réaction 4) utilise les espèces C, D et E qu’on fait réagir avec du dihydrogène afin d’obtenir le 3-éthyldécane. 10) la réaction 4 appartient à la catégorie des réactions d’addition (retour à la saturation) car une molécule (ici du dihydrogène) se fixe sur la molécule réactive d’alcène. (/1) 11) Equation de réaction (avec les formules topologiques) de cette étape en utilisant comme réactif la molécule C. (/1) 12) a) Classez A, B et C par ordre de température d’ébullition croissante.(/1) A devrait avoir une Téb plus faible que les H3C H3C autres espèces car cette molécule possède 2 atomes de H3C 2 carbone de moins (pas de liaison hydrogène possible entre CH3 les fonction cétone partie polaire). Des molécules d’alcool + H H C B peuvent former des liaisons hydrogène entre elles CH3 CH 3 néanmoins la chaîne carbonée est longue et cet effet sera (2E)-3-ethyldec-2-ene 3-ethyldecane peu dominant. b) Ces molécules n’auront pas des Téb d’ébullition très différentes car la chaîne carbonée de ces molécules étant longue, les effets due aux différentes fonctions seront négligeable. (/0,5) 13) Par réaction de substitution sur B, on peut obtenir un dérivé chloré F. H3C H3C a) Donner le nom et la formule topologique de F. (/1,5) CH3 CH3 b) Décrire le test pour essayer de mettre en évidence la fonction de F. (/1) Dans un tube à essai verser 1 mL de solution aqueuse de nitrate d’argent OH Cl incolore, ajouter quelques gouttes de F, un précipité (solide) de chlorure d’argent blanc devrait se former. Quelques minutes après exposition à la lumière du CH3 CH3 soleil, un précipité gris noir de métal argent devrait se former. 3-ethyldecan-3-ol 3-chloro-3-ethyldecane
