Chapitre 5 : Autres groupes fonctionnels et synthèse organique

Chapitre 5 : Autres groupes fonctionnels et synthèse organique
Activité 1 : Quelques tests de groups caractéristiques en chimie organique
Une molécule organique est toujours constituée d’un squelette carboné et éventuellement d’un
groupe caractéristique (ou fonction chimique). Ces groupes caractéristiques permettent de classer les
molécules en différentes familles.
Un groupe caractéristique est un atome ou groupe d’atomes autres que C et H, reliés par des liaisons
simples ou multiples. Chaque famille sera donc reconnaissable :
- Par l’identification de son groupe caractéristique à partir de la formule chimique
correspondant à l’espèce
- Par les tests chimiques caractéristiques
On regroupe dans le tableau suivant quelques familles de composés organiques :
Famille
Groupe / fonction caractéristique
Test caractéristique
Alcools
(primaire ou secondaire)
OH
H
Réaction avec le permanganate de potassium en
solution acidifiée : décoloration de la solution
Aldéhyde
C
O
H
H
 Formation d’un précipité jaune-orangé avec la
2,4-DNPH
 Formation d’un précipité rouge brique avec la
liqueur de Fehling + chauffage
 Formation d’un miroir d’argent avec le réactif de
Tollens
Cétone
CO
H
H
Formation d’un précipité jaune-orangé avec la
2,4-DNPH
Acide carboxylique
CO
HOH
 La BBT devient jaune en présence d’un acide
carboxylique
 pH inférieur à 7
Expérience : En vous aidant du tableau et en utilisant le matériel présent sur les paillasses, réalisez un
test caractéristique judicieusement choisi pour chaque famille.
Activité 2 : Nomenclature des aldéhydes et des cétones
Construire les représentations des molécules d’aldéhyde et de cétone possédant 1, 2, 3 et 4 atomes de
carbone. Dans chaque cas :
a) Indiquer la formule brute obtenue
b) Représenter la formule semi-développée et l’écriture topologique
c) S’il y a plusieurs possibilités, les représenter
d) Donner un nom aux différentes molécules obtenues en utilisant la nomenclature
1 carbone
CH2
O
CH2O
Méthanal
2 carbones
OCHCH3
O
C2H4O
Ethanal
3 carbones
CH3 CHO CH2
O
C3H6O
Propanal
CH3
CH3
CO
O
Propanone
4 carbones
CH3
CH2
CHO CH2
O
C4H8O
Butanal
CH3
CH3
CO
CH2
O
Butanone

Activité 3 : Nomenclature des acides carboxyliques
Construire les représentations des molécules d’acide carboxylique possédant 1, 2, 3 et 4 atomes de
carbone. Dans chaque cas :
a) Indiquer la formule brute obtenue
b) Représenter la formule semi-développée et l’écriture topologique
c) S’il y a plusieurs possibilités, les représenter
d) Donner un nom aux différentes molécules obtenues en utilisant la nomenclature
1 carbone
CH
O
OH
CH2O2
Acide
Méthanoïque
2 carbones
CH3C
O
OH
O
OH
C2H4O2
Acide Ethanoïque
3 carbones
CH3CH2C
O
OH
O
OH
C3H6O2
Acide Propanoïque
4 carbones
CH3CH2CH2C
O
OH
O
OH
C4H8O2
Acide Butanoïque
Activité 4 Synthèse d’une molécule biologiquement active, l’adrénaline
Adrénaline
Tyrosine
L’adrénaline est une hormone sécrétée en réponse à un état de stress ou en vue d’une activité
physique, entrainant une accélération du rythme cardiaque. Elle répond à un besoin d’énergie, par
exemple pour faire face au danger. Elle est utilisée en injection pour le traitement des arrêts cardio-
circulatoires. Elle est également utilisée en réanimation lors de certains états de chocs graves.
En 1901, Takamine et Aldrich isolèrent l’adrénaline.
En 1905, triomphe avec la synthèse de l’adrénaline.
Biosynthèse de l’adrénaline : La biosynthèse peut débuter à partir de la tyrosine, naturellement
présente dans les organismes

Synthèse chimique de l’adrénaline : L’adrénaline peut être synthétisée à partir du cathécol. Il est acylé
par l’action du chlorure de chloroacéthyl donnant la molécule 3. Cette dernière subit une réaction de
substitution par la méthylamine pour donner une molécule (4) qui est ensuite, entre autres,
l’adrénaline :
Données :
Noyau aromatique
R R1
N
R2
Famille des amines
R, R1 et R² : hydrogène ou groupe alkyle
R
Cl
Famille des composés chlorés
R : groupe alkyle
1. Qu’est-ce qu’une biosynthèse ?
C’est la synthèse d’une molécule biologiquement active
2. Identifier les groupes caractéristiques présents dans la molécule de tyrosine (on n’étudiera pas
le groupe alcool du noyau aromatique).
On peut identifier l’acide carboxylique, l’amine et le noyau aromatique.
3. La molécule d’adrénaline est-elle biologiquement active ? Justifier.
La molécule d’adrénaline est une molécule biologiquement active car elle est sécrétée par le corps.
4. Identifier les groupes caractéristiques présents dans les molécules 3 et 5 (on n’étudiera pas les
groupes alcool du noyau aromatique).
Molécule 3 : cétone, noyau aromatique, composé chloré
Molécule 5 : noyau aromatique, cétone, amine
5. Quel groupe est modifié de la molécule 4 à la molécule 5 ?
La cétone devient un alcool entre la molécule 4 et la molécule 5.
6. Comment se nomme la réaction permettant de passer de la molécule 5 à la molécule 4 ? Est-ce
en accord avec la classe du groupe caractéristique de la molécule 5 ?
Pour passer de la molécule 4 à la molécule 5, on effectue une réduction.
Pour passer de la molécule 5 à la molécule 4, on effectue une oxydation.

Activité 5 : Synthèse de l’acide benzoïque
Questions préliminaires :
Alcool benzylique
Acide benzoïque
1. Donner les formules brutes de ces espèces
Alcool benzylique : C7H8O
Acide benzoïque : C7H6O2
2. Entourer sur les formules ci-dessus le groupe caractéristique
3. Nommer les familles chimiques à laquelle appartiennent chacune de ces molécules.
Alcool benzylique : Alcool
Acide benzoïque : Acide carboxylique
Expérience : réalisation de la synthèse
Manipulations
Commentaires
Introduire dans un ballon quelques grains de pierre
ponce, 2,0 g de carbonate de sodium,
4,5 g de permanganate de potassium et 100 mL
d’alcool benzylique
Préparer un montage de chauffage à reflux et le faire
vérifier par l’enseignant
Laisser le chauffage fonctionner pendant environ 30
minutes
La pierre ponce a pour objet e rendre l’ébullition plus
douce (petites bulles uniformément réparties).
Précipitation et identification du produit obtenu :
Manipulations
Commentaires
Première filtration :
Lorsque le temps est écoué, arrêter le chauffage,
retirer le chauffe-ballon, ôter le ballon du réfrigérant
et le refroidir sous un jet d’eau froide.
Réaliser la filtration sous vide du contenu du ballon
au moyen d’un verre fritté. Rincer le ballon et verser
les eaux de rinçage sur le précipité.
Attention, c’est le filtrat qui contient le produit !
Laver le verre fritté pour la 2nde filtration.
Verser le contenu de la fiole à vide dans un bécher de
250 mL.
Précipitation de l’acide benzoïque :
Placer le bécher contenant la phase aqueuse dans un
cristallisoir contant un mélange eau + glace.
Acidifier en ajoutant progressivement, par petites
quantités et en agitant avec un agitateur en verre, 20
mL de solution d’acide chlorhydrique concentré
Attendre quelques minutes que tout l’acide soit
cristallisé
Mettre des gants et des lunettes
Ne pas respirer les vapeurs d’acide chlorhydrique
La réaction avec l’acide chlorhydrique est exothermique :
procéder à un ajout lent pour éviter les projections !
L’ajout d’acide provoque un dégagement de CO2 par
réaction avec les ions carbonates présents par la
dissolution du carbonate de sodium (Na2CO3)

Deuxième filtration :
Réaliser la filtration sous vide au moyen d’un verre
fritté
Laver le précipité à l’eau glacée et le laisser sécher
sous vide. Le peser ensuite dans une coupelle.
Déposer le précipité à l’étuve pour le séchage.
Une fois le produit sec, peser la masse obtenue et
mesurer la température de fusion.
Attention, cette fois, c’est le précipité qui contient le
produit !
Données :
Formule
brute
Masse
molaire
Température
de fusion
Etat physique
(20°C)
Solubilité (eau)
Densité
Pictogramme
de sécurité
Acide
benzoïque
C7H6O2
122 g·mol-1
122,4 °C
Solide blanc
20°C : 1,5 g·L-1
25°C : 2,4 g·L-1
95°C : 68 g·L-1
1,3
Alcool
benzylique
C7H8O
108 g·mol-1
15°C
Liquide
incolore
Peu soluble
1,05
Permanganate
de potassium
KMnO4
158 g·mol-1
Se décompose
en dessous de
240°C
Solide violet
20°C : 64 g·L-1
/
Dioxyde de
manganèse
MnO2
87 g·mol-1
Se décompose
à 553°C
Solide brun
Insoluble
/
Chlorure
d’hydrogène
HCl
36,5 g·mol-1
- 114°C
Gazeux
20°C : 720 g·L-1
/
Exploitation :
1. Donner l’intérêt d’utiliser un montage de chauffage à reflux pour une synthèse.
Avec un montage à reflux, on ne perd pas les vapeurs issues du chauffage
2. D’après les données, quel est le produit responsable de la coloration du mélange réactionnel
en fin de synthèse ? En déduire l’objectif de la première filtration.
Le dioxyde de manganèse est responsable de la coloration du mélange réactionnel en fin de synthèse.
La première filtration a pour but de nous permettre de récupérer les ions C6H5CO2-
3. Le produit synthétisé se trouve sous la forme d’ions benzoates C6H5CO2-(aq). Ecrire l’équation de
la réaction qui se produit entre les ions benzoates et les ions hydrogène H+(aq), lors de
l’acidification due à l’ajout de l’acide chlorhydrique. Quel est le rôle de l’ajout d’acide
chlorhydrique ?
H+(aq) + C6H5CO2-(aq) => C7H6O2 (s)
L’acide chlorhydrique permet de synthétiser l’acide benzoïque.
4. Pourquoi la précipitation se fait-elle dans un bain d’eau glacée ? Justifier à l’aide des données.
La précipitation se fait dans un bain d’eau glacée car l’acide benzoïque est moins soluble à température
moins élevée (1,5 g·L-1 à 20°C / 68 g·L-1 à 95°C)