Transformations en chimie organique : aspect macroscopique

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1 Modification de la structure chimique (p. 280-281)
A Modification de chaîne
A
c
t
i
v
i
t
é
s
11
Chapitre
Transformations
en chimie organique :
aspect macroscopique
1 Un catalyseur accélère une réaction chimique sans
être consommé par cette réaction.
2 Toutes les situations proposées correspondent à
des modifications de chaîne carbonée avec appari-
tion de double liaison CpC dans certains cas.
– Craquage catalytique : raccourcissement
C6H14 C4H10 + C2H4
C6H14 C3H6 + C3H8
– Reformage :
isomérisation
C7H16 C7H16
ou formation de cycle
C7H16 C7H14 + H2
+ H2
C7H16 C7H8 + 4H2
– Vapocraquage : raccourcissement et création de
double liaison CpC
C4H10 2 C2H4 + H2
C4H10 C3H6 + CH4
3 Le craquage catalytique consiste à casser, en pré-
sence de catalyseurs, la chaîne carbonée de molé-
cules pour obtenir des molécules de chaîne carbonée
plus courte, dont certaines possèdent une double
liaison CpC. Il permet d’obtenir des hydrocarbures
de chaîne plus courte, dont certains possèdent des
doubles liaisons CpC et dont la structure pourra
ensuite être modifiée pour répondre aux besoins en
carburants ou aux besoins de l’industrie chimique.
Le vapocraquage est un craquage réalisé en pré-
sence de vapeur d’eau. Il permet d’obtenir des
alcènes, matières premières importantes de l’indus-
trie chimique.
Le reformage permet d’obtenir des espèces de chaîne
carbonée ramifiée ou des composés aromatiques
comme le toluène C7H8. Ce sont des carburants plus
performants que les hydrocarbures d’origine.
4 a. n H2CpCH2 P(H2CPCH2)Pn
Le terme de polyéthylène est utilisé car la structure
du produit obtenu est constitué d’un très grand
nombre de morceaux (ou motifs) PH2CPCH2P de
même formule brute que l’éthène (ou éthylène).
b. Un allongement de la chaîne carbonée est ainsi
réalisé.
B Modification de groupe caractéristique
5 Les groupes caractéristiques présents dans l’acide
salicylique sont les groupes hydroxyle et carboxyle.
Les groupes caractéristiques présents dans l’acide
acétylsalicylique sont les groupes carboxyle et ester.
6 Les médicaments contenant comme seul principe
actif l’acide acétylsalicylique sont vendus sous le nom
d’aspirine.
C Étude expérimentale
7 a. Formules topologiques :
2-méthylbut-2-ène Produit obtenu :
2,3-dibromo-2-méthylbutane
Br
Br
b. Un changement de groupe caractéristique a été
mis en jeu.
c.
C
CH
3
CH3CH3 CH +Br2
pP P
P
C
CH
3
Br Br
CH3CH3
CH
P PP
P P
P
8 La réaction mise en jeu est une réaction d’addi-
tion de la molécule de dibrome sur les atomes de
carbone doublement liés de l’alcène.
9 L’addition de quelques gouttes d’alcène dans une
solution aqueuse de dibrome orangée conduit, lors

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de l’agitation du mélange réactionnel, à une décolo-
ration rapide de la solution aqueuse, ce qui traduit la
consommation du dibrome qui réagit avec l’alcène à
température ordinaire.
10 La solution aqueuse de dibrome se décolore en
présence du composé gazeux formé lors de la réac-
tion dans le tube T2, ce qui traduit la présence d’une
double liaison CpC.
Or, le réactif vaseline, ne décolorant pas la solution
aqueuse de dibrome (test réalisé dans le tube T1), ne
contient pas de double liaison CpC. Une réaction
s’est donc produite dans T1 et a conduit à la forma-
tion d’un produit contenant une double liaison CpC.
11 a. La réaction qui se produit dans le tube T2 est
une réaction de craquage catalytique. En effet, une
des réactions qui a eu lieu correspond à un raccour-
cissement de la chaîne carbonée et la réaction se fait
en présence de paille de fer qui la catalyse.
b. La réaction qui se produit dans le tube T3 est la
réaction d’addition de dibrome sur la double liaison
CpC d’un alcène tel que l’éthène formé dans l’équa-
tion proposée.
Cette réaction d’addition a pour équation :
H2CpCH2 + Br2 H2CBrPCH2Br
12 Dans le tube T3, lors de l’addition de la solution
de nitrate d’argent, il se forme un précipité blanc
noircissant à la lumière : c’est un précipité de chlo-
rure d’argent AgCl, qui traduit la présence d’ions
chlorure dans la solution aqueuse contenue dans le
tube T1.
Le papier pH montre que cette solution aqueuse est
plus acide que l’eau déminéralisée utilisée au départ :
des ions H+(aq) se sont donc formés.
13 Une réaction a donc eu lieu dans le tube T1 entre
l’eau et le 2-chloro-2-méthylpropane et a formé des
ions chlorure Cl– (aq) et hydrogène H+ (aq) selon
l’équation :
(CH3)3CCl (<) + H2O (<)
(CH3)3COH (aq) + H+ (aq) + Cl– (aq)
14 Lors de cette réaction, il se produit une modifica-
tion de groupe caractéristique.
15 La réaction mise en jeu est une réaction de substi-
tution de l’atome de chlore par un groupe hydroxyle.
1 a. Acide 2-méthylpropanoïque : groupe carboxyle
et fonction acide carboxylique.
C O
CH
CH3
CH3
P
P
P
p
OH
P
OH
O
b. Éthanal : groupe carbonyle et fonction aldéhyde.
O
C
H3CP
p
H
P
O
c. N-méthyléthanamine : groupe et fonction amine.
H3CPNHPCH2PCH3 N
H
d. Méthanoate d’éthyle : groupe et fonction ester.
C
H O
O
p
P P P
CH2P
CH3 O
O
e. Butanone : groupe carbonyle et fonction cétone.
C
H3C
O
p
P P
CH2P
CH3
O
f. (Z)-but-2-ène : groupe CpC et fonction alcène.
CH3PCHpCHPCH3
g. N-méthyléthanamide : groupe et fonction amide.
C NH
H3C CH3
O
P P P
p
N
O
H
2 Reconnaissance de groupes caractéristiques (p. 282)
2
Groupe caractéristique Alcène Carbonyle
aldéhyde
Carbonyle
cétone Carboxyle Ester Amine Amide
Formule C Cp
P P
P P
C
H
O
P
Pp
CC
C
O P Pp
C
OH
O
P P
p
C
O
O
P
P
CP
p
ester
N
P
P P
amine
C
N
O P P
P P
p
amide
Terminaison du nom -ène -al -one Acide
-oïque
-oate de
-yle -amine -amide

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1 a. La partie centrale du nom indique le nombre
d’atomes de carbone de la chaîne principale ; les
ramifications de la chaîne carbonée sont indiquées
par les préfixes alkyle ; le numéro précédant chacun
de ses groupes alkyle indique le numéro de l’atome
de carbone auquel chacun de ces groupes alkyle est
lié dans la chaîne principale.
La numérotation de la chaîne carbonée principale est
telle que le numéro de l’atome de carbone du groupe
fonctionnel correspondant à la terminaison du nom
soit le plus petit possible.
b. Dans le 3-méthylbutane-1,2-diol, la présence de
deux groupes hydroxyle portés par les atomes de
carbone tétraédriques 1 et 2 de la chaîne carbonée
(comportant quatre atomes de carbone) est indiquée
par la terminaison -1,2-diol.
Dans le 2-méthylpentanal, la présence d’une fonction
aldéhyde à une des extrémités de la chaîne carbonée
principale est indiquée par la terminaison al.
Dans le 2-méthylpent-4-ènal, la présence d’une fonc-
tion aldéhyde à une des extrémités de la chaîne car-
bonée principale est indiquée par la terminaison al, la
présence d’une double liaison CpC liant les atomes
de carbone no 4 et 5 de la chaîne carbonée est indi-
quée par 4-èn.
Dans le 4-hydroxypentan-2-one, la présence d’une
fonction cétone au niveau de l’atome de carbone
no 2 de la chaîne carbonée est indiquée par la termi-
naison -2-one. La présence d’un groupe hydroxyle
sur l’atome de carbone no 4 est indiquée par le pré-
fixe 4-hydroxy.
Dans l’acide 3-méthylbutanoïque, la présence d’une
fonction acide carboxylique à une des extrémités de
la chaîne carbonée principale est indiquée par le
préfixe acide et la terminaison oïque.
Dans l’acide 3-oxobutanoïque, la présence d’une
fonction acide carboxylique à une des extrémités de
la chaîne carbonée est indiquée par le préfixe acide
et la terminaison oïque. La présence d’une fonction
cétone sur l’atome de carbone no 3 est indiquée par
le préfixe 3-oxo.
Dans le 3-méthylbutanoate de méthyle, la présence
d’une fonction ester est indiquée par la partie oate de.
2 a. Propanamide : fonction amide ; chaîne carbo-
née à trois atomes de carbone.
b. Acide 3-hydroxypentanoïque : fonctions acide car-
boxylique et fonction alcool, portée par l’atome de
carbone no 3 de la chaîne carbonée qui comporte
cinq atomes de carbone.
c. 2-méthylbutanamine : fonction amine NH2 portée
par le premier atome de carbone de la chaîne carbo-
née principale longue de quatre atomes de carbone,
dont l’atome de carbone no 2 porte un groupe
méthyle.
d. 2-méthylbut-3-èn-1-ol : fonction alcool portée par
l’atome de carbone tétraédrique no 1 de la chaîne
carbonée principale et fonction alcène, la double
liaison CpC lie les atomes de carbone nos 3 et 4 de
la chaîne carbonée principale.
3 La partie centrale du nom indique le nombre
d’atomes de carbone de la chaîne principale ; les
ramifications de la chaîne carbonée sont indiquées
par le préfixe alkyle, le numéro précédant chacun de
ses groupes alkyle indique le numéro de l’atome de
carbone auquel chacun de ces groupes alkyle est lié
dans la chaîne principale.
Lorsque l’espèce considérée comporte un seul
groupe caractéristique, la présence de celui-ci est indi-
quée par le suffixe, et la chaîne carbonée principale
est numérotée de façon à ce que l’atome de carbone
fonctionnel porte le numéro le plus petit possible.
Lorsque le composé comporte plus d’un groupe
caractéristique, la terminaison de son nom renseigne
sur un de ces groupes (qui fixe la numérotation de la
chaîne carbonée principale) ; la présence d’une
double liaison est indiquée juste avant la terminaison
par la présence du radical èn précédé du numéro du
premier atome de carbone trigonal (appartenant à la
double liaison) rencontré dans la chaîne principale. La
présence éventuelle d’autres groupes est indiquée
par des préfixes spécifiques (oxo, hydroxy, etc.) pré-
cédés d’un numéro indiquant la position de l’atome
de carbone auquel chacun de ces groupes caractéris-
tiques est lié dans la chaîne principale.
4 Préparation d’un dérivé chloré (p. 283)
1 Bande d’absorption vers 3 400 cm–1 correspon-
dant à la liaison OPH.
Bande d’absorption vers 3 000 cm–1 correspondant à
la liaison CPH
tétra .
Bande d’absorption vers 1 400 cm–1 correspondant à
la liaison CPO
tétra .
Les molécules de 2-méthylpropan-2-ol sont liées par
des liaisons hydrogène, car la bande d’absorption de
la liaison OPH est large et située vers 3 400 cm–1.
2 Équation de la réaction :
(CH3)3CPOH + HCl (CH3)3CPCl + H2O
La réaction correspond à un changement de groupe
caractéristique.
3 Utilisation du nom systématique (p. 282)

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3 HCO3
– (aq) + H+ (aq) CO2 + H2O
4 Lors du séchage d’une phase organique, les molé-
cules d’eau encore présentes sont éliminées par
réaction avec un solide anhydre, tel que le sulfate de
magnésium.
5 Un spectre infrarouge du produit permettrait de
vérifier la disparition de la bande d’absorption de la
liaison OPH et l’apparition de la bande d’absorption
de la liaison CPCl.
La mesure de l’indice de réfraction du liquide obtenu
permettrait également d’identifier le produit.
6 n0 (ol) = d (ol) · µ (eau) · V (ol)
M (ol) = 0,781 × 1,00 × 15,0
74
= 0,158 mol
n0
(HCl) = C · V = 11 × 30 × 10–3 = 0,33 mol
Le réactif limitant est donc l’alcool.
Le rendement de la synthèse est :
ρ = n (RCl)obtenu
n (RCl)attendu
= n (RCl)
n0 (ol) = m (RCl) M (RCl) · n0 (ol)
7 La réaction de synthèse est une réaction de subs-
titution du groupe hydroxyle de l’alcool par un atome
de chlore.
Manipulation
La température de fusion du 2-méthylpropan-2-ol est égale à 25 °C : il faut donc le faire fondre avant le TP en plongeant
la bouteille (bouchon desserré) dans un récipient contenant de l’eau chaude.
Le liquide obtenu est versé juste avant usage dans un bécher et le volume attendu est mesuré à l’éprouvette graduée.
Les élèves doivent opérer rapidement pour éviter que l’alcool ne se solidifie.
Les élèves doivent utiliser l’erlenmeyer dans lequel la réaction est réalisée pour récupérer les solutions aqueuses
éliminées lors des décantations et garder les deux erlenmeyers secs pour récupérer le liquide organique pour le séchage
et le liquide organique après séchage.
Matériel et produits
– Une éprouvette graduée de 50 mL ;
– un erlenmeyer de 250 mL ;
– un condenseur à air adapté à l’erlenmeyer ;
– un agitateur magnétique et un barreau aimanté ;
– un support avec pince et noix ;
– une ampoule à décanter avec son bouchon ;
– deux erlenmeyers de 100 mL ;
– du papier-filtre et un entonnoir ;
– des gants et des lunettes de protection ;
– une spatule ;
– du papier ménage ;
– une solution concentrée d’acide chlorhydrique
de concentration voisine de 11 mol · L–1 (60 mL
par binôme) ;
– une solution saturée d’hydrogénocarbonate
de sodium (25 mL) ;
– une pissette d’eau distillée ;
– du sulfate de magnésium anhydre.
Sous la hotte
– Un Bécher de 100 mL ;
– une éprouvette graduée de 25 mL ;
– du 2-méthylpropan-2-ol.
Mani lati
Compléments
5 Déshydratation d’un alcool (p. 284)
Manipulation
L’erlenmeyer devant recueillir l’hydrodistillat est placé dans un mélange eau-glace, car la température d’ébullition
de l’alcène attendu est très faible. Pour la même raison, l’erlenmeyer contenant l’alcène devra toujours être bouché
et ne devra être tenu que par le col.
L’alcène, très volatil, a une odeur forte faisant penser à une fuite de gaz.
Lors de l’hydrodistillation, le volume d’eau obtenu est très faible ; il est possible de rajouter un peu d’eau distillée
à la pissette pour mieux visualiser les phases dans l’ampoule à décanter.
Réserver deux des erlenmeyers secs pour la phase de séchage.
Matériel et produits
– Un ballon de 250 mL ;
– une tête de distillation ;
– un thermomètre ;
– un réfrigérant à eau avec tuyaux adaptés ;
– une allonge coudée ;
– deux supports avec pinces et noix ;
– un support élévateur ;
– un chauffe-ballon ;
– une éprouvette graduée de 25 mL ;
– une cuvette métallique ;
– trois erlenmeyers de 100 mL et un bouchon adapté ;
– une ampoule à décanter avec bouchon et support ;
– une spatule ;
– un entonnoir ;
– un rouleau de papier pH avec son échelle de teintes ;
– une baguette de verre ;
– une coupelle ;
– une pierre ponce ;
– du papier-filtre ;
– du papier ménage ;
– des glaçons (3) ;
– du 2-méthylbutan-2-ol (25 mL) ;
– de l’acide phosphorique concentrée (10 mL) ;
– une solution saturée d’hydrogénocarbonate de
sodium ;
– du sulfate de magnésium anhydre.
Mani lati
Compléments

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(p. 289-299)
E
x
e
r
c
i
c
e
s
1 C5H11OH C5H10 + H2O
2 L’acide phosphorique n’apparaît pas dans l’équa-
tion de la réaction : c’est un catalyseur.
3 La phase aqueuse, de densité supérieure à celle
de l’alcène, constitue la phase inférieure dans l’am-
poule à décanter.
4 n0 (ol) = d (ol) · µ (eau) · V (ol)
M (ol) = 0,806 × 1,00 × 25,0
88,0
= 0,229 mol.
Le rendement de la synthèse est :
ρ = n (ène)obtenu
n (ène)attendu
= n (ène)
n0 (ol) = m (ène) M (ène) · n0 (ol)
5 Bande d’absorption vers 3 100 cm–1 correspon-
dant à la liaison tri
CPH.
Bande d’absorption vers 1 680 cm–1 correspondant à
la liaison CpC.
Absence de bande d’absorption de la liaison OPH
vers 3 400 cm–1.
6 On peut tester la présence d’une double liaison
CpC dans le produit obtenu en ajoutant deux
gouttes du produit obtenu à 1 mL de solution
aqueuse de dibrome contenu dans un tube à essais.
Si la solution aqueuse de dibrome se décolore rapi-
dement lors de l’agitation, c’est que le produit testé
comporte une liaison multiple carbone-carbone dans
sa structure.
7
C
CH3CH3
CH
CH
3
P
P P P
HO
P
H
P
(<)
(<)
CO
CH3
CH3CH3 CH +H H
pP P P P
P
Une molécule d’eau est éliminée lors de la réaction,
d’où le nom de déshydratation qui lui est donné.
8 La réaction est une réaction d’élimination puis-
qu’une molécule d’eau est éliminée avec formation
d’une double liaison CpC.
QCM
1 1. A et C ; 2. C ; 3. B ; 4. A et C ; 5. A et C ; 6. C ;
7. A, B et C ; 2 1. B et C ; 2. C ; 3. B ; 4. B ; 5. A.
Application immédiate
3 Identifier une espèce chimique organique
à partir de son nom
1. Pour les trois : groupes amine et acide carboxy-
lique et en plus groupe hydroxyle pour C.
2. Acide 2-aminoéthanoïque : B ;
acide 2-amino-4-méthylpentanoïque : A ;
acide 2-amino-3-hydroxypropanoïque : C.
4 Déterminer la catégorie d’une réaction
(1) et (2) : addition ; (3) : élimination.
Pour commencer
5 Étudier un craquage
1. B : éthane C2H6 ; A : pentane C5H12.
2. C5H12 C3H6 + C2H6 (1)
C5H12 C5H10 + H2 (2)
3. La chaîne carbonée est modifiée dans (1) et non
modifiée dans (2).
6 Étudier un vapocraquage
C4H10 C4H8 + H2 : but-1-ène (ou but-2-ène) et
dihydrogène.
C4H10 C3H6 + CH4 : propène et méthane.
C4H10 2 C2H4 + H2 : éthène et dihydrogène.
7 Étudier une modification de structure
C6H14 : modification de la chaîne car-
bonée sans modification du nombre d’atomes de
carbone (isomérisation) : reformage.
C6H14 + H2 : modification de la
chaîne carbonée sans modification du nombre
d’atomes de carbone (cyclisation) : reformage.
8 Modifier une chaîne carbonée
a. CH3P(CH2)7PCH3
CH3PCH2PCHpCH2 + C5H12
Raccourcissement de la chaîne carbonée.
b. CH3P(CH2)5PCH3 C6H5PCH3 + 4 H2
Cyclisation.
Tout livre de chimie de l’enseignement supérieur :
– A. DURUPTHY (dir.), Chimie 1re année PCSI, Hachette, 2007 ;
– A. DURUPTHY (dir.), Chimie 2e année PC PC*, Hachette ;
– P. VOLLHARDT, Chimie organique, Éditions universitaires, 2004 ;
– J. DROUIN, Introduction à la chimie organique, Librairie du Cèdre, 2005.
Bibliographie