CHIMIE LE 1 Octobre 2011 - PCSI

Architecture de la matière & chimie organique
Samedi 5 Novembre
DEVOIR DE CHIMIE N°2
Durée : Une heure et trente minutes
Instructions générales :
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



Les candidats doivent vérifier que le sujet comprend 4 pages.
Les candidats sont invités à porter une attention toute particulière à la qualité de la
rédaction, de l’orthographe et des justifications.
Si, au cours de l’épreuve, un candidat repère ce qui lui semble être une erreur
d’énoncé, il le signale sur sa copie et poursuit sa composition en expliquant les raisons
des initiatives qu’il est amené à prendre.
L’usage d’une calculatrice n’est pas autorisé pour cette épreuve.
Les parties sont indépendantes. Elles peuvent être traitées dans l'ordre choisi par le
candidat.
Exercice 1 : Autour de l’élément chlore
Le dichlore Cl2 a été synthétisé pour la première fois par le chimiste suédois C.W. Scheele en
1774. Ce dernier le prit pour un corps composé et l’appela "air acide marin déphlogistiqué".
En 1810, le chimiste anglais Sir H. Davy identifia ce gaz comme un corps simple et l’appela
"chlore" en raison de sa couleur vert-jaune (du grec chloros vert). Le gaz dichlore est
fortement toxique et très irritant pour les poumons.
1. Quelques définitions
1.1 Où est situé l’élément chlore dans la classification périodique ?
1.2 A quelle famille appartient l’élément chlore ? Donner deux autres éléments appartenant à
la famille de l’élément chlore.
2. L’atome
2.1 Le chlore naturel existe sous deux formes isotopiques le chlore 35, de masse molaire
atomique M1 = 35,0 g.mol-1, et le chlore 37, de masse molaire atomique M2 = 37,0 g.mol-1. La
masse molaire atomique du chlore naturel vaut M = 35,5 g.mol-1. En déduire l’abondance
relative de ces deux isotopes.
2.2. Établir la configuration électronique de l’atome de chlore dans son état fondamental après
avoir cité les règles qui doivent être utilisées pour cela.
3. La molécule de dichlore
3.1 Quelles sont les orbitales de valence d’un atome de chlore ?
3.2 Dans les conditions habituelles de température et de pression, le dichlore est un gaz vert.
Cette couleur est due à l’absorption de certaines radiations de la lumière. Quelle est la couleur
de ces radiations ? Donner un ordre de grandeur de leur longueur d’onde dans le vide.
4. Étude de quelques composés contenant l’élément chlore
4.1 Établir la représentation de Lewis des espèces polyatomiques suivantes dont l’atome
central est représenté en gras :
a) Le chlorure de thionyle OSCl2 ;
b) Le chlorure de sulfuryle O2SCl2 ;
c) Le trichlorure d’iode ICl3.
4.2 Déterminer, à l’aide de la méthode VSEPR, la géométrie des édifices (a), (b) et (c).
4.3 Dans l’édifice (c), peut-on remplacer l’atome d’iode par un atome de fluor ? Justifier la
réponse.
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4.4 Formes mésomères
a) Écrire les formules mésomères les plus contributives de l’ion chlorite ClO2- et de l’ion
chlorate ClO3-. Dans les formules de ces ions, l’atome central est représenté en gras.
b). Pourquoi les distances chlore – oxygène sont-elles identiques dans l’ion chlorite ? Cette
distance sera notée d1.
c) Pourquoi les distances chlore – oxygène sont-elles identiques dans l’ion chlorate ? Cette
distance sera notée d2.
d) Comparer les longueurs des liaisons chlore – oxygène d1 et d2. Justifier.
Exercice 2
Les lignanes sont des composés naturels qui présentent de nombreuses activités biologiques.
Ils comprennent, entre autres, des composés bislactoniques de type A et des composés
tétrahydrofuranniques du type C. En vue d'établir une relation structurale entre ces deux types
de lignanes, on soumet A à la suite de réactions représentée ci-dessous :
O
O
H
C6H5
C6H5
H3CO2C
B
H
C6H5

O
CO2CH3
ZnCl2
HCl / CH3OH
O
C6H5
O
A
C
Déterminer la configuration absolue des atomes de carbone asymétriques des composés A et
C.
Exercice 3
L'héroïne figurée ci-dessous est une drogue hallucinogène puissante. Sur chacune des quatre
représentations ci-dessous entourer et nommer un groupement fonctionnel différent.
H3C
H3C
O
O
O
O
O
O
H3C
CH3
O
Nom :
H3C
O
H3C
O
CH3
Nom :
H3C
O
O
O
O
O
H3C
O
N
O
N
O
Nom :
N
O
N
O
CH3
H3C
O
CH3
Nom :
Donner la formule brute de ce composé : XXXXXXXXXXXXX
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Déterminer le degré d'insaturation de cette molécule : DI =
XXXXXXXXXX
Expliquer comment vous avez trouvé la valeur du DI :
XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX
XXXXXX
XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX
XXXXXX
XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX
XX
Exercice 4
On étudie le 2-aminogalactose de stéréochimie (2R, 3S, 4S, 5R) dont la formule
topologique est représentée ci-après.
A l'aide de ces informations, complétez la représentation de Cram ci-dessous en
positionnant dans l'espace les groupements manquants.
OH
HO
5
4
HO
3
NH2
O
2
1
HO
HO
O
HO
H
H
Exercice 5
Pour chacune des molécules suivantes, utiliser les descripteurs R, S, Z ou E et préciser si
les molécules sont chirales ou non.
F
NH2
Justifier votre choix en utilisant les règles de Cahn-Ingold-Prélog.
Chiralité :
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Représenter les deux conformations chaise et chaise inverse pour les composés
suivants et préciser laquelle est la plus stable, en justifiant votre choix.
Br
chaise B
chaise A
XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX
XXXXXX
Conformère le plus stable, justifier votre choix :
XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX
XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX
XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX
XXXXXX
Br
chaise B
chaise A
XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX
XXXXXX
Conformère le plus stable, justifier votre choix :
XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX
XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX
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