TraNsformaTioN eN Chimie orgaNique

12. TRANSFORMATION EN CHIMIE ORGANIQUE 169 © Éditions Belin, 2012
A. Le programme
Notions et contenus Compétences exigibles
Transformation en chimie organique
Aspect macroscopique :
– Modification de chaîne, modification
de groupe caractéristique.
– Grandes catégories de réactions en chimie
organique : substitution, addition, élimination.
Aspect microscopique :
– Liaison polarisée, site donneur et site
accepteur de doublet d’électrons.
– Interaction entre des sites donneurs
et accepteurs de doublet d’électrons ;
représentation du mouvement d’un doublet
d’électrons à l’aide d’une flèche courbe lors
d’une étape d’un mécanisme réactionnel.
Reconnaître les groupes caractéristiques
dans les alcool, aldéhyde, cétone, acide
carboxylique, ester, amine, amide.
Utiliser le nom systématique d’une espèce
chimique organique pour en déterminer
les groupes caractéristiques et la chaîne
carbonée.
Distinguer une modification de chaîne
d’une modification de groupe caractéristique.
Déterminer la catégorie d’une réaction
(substitution, addition, élimination)
à partir de l’examen de la nature des réactifs
et des produits.
Déterminer la polarisation des liaisons en lien
avec l’électronégativité (table fournie).
Identifier un site donneur, un site accepteur
de doublet d’électrons.
Pour une ou plusieurs étapes d’un mécanisme
réactionnel donné, relier par une flèche
courbe les sites donneur et accepteur en vue
d’expliquer la formation ou la rupture
de liaisons.
Chapitre 12
TRANSFORMATION
EN CHIMIE ORGANIQUE
B. La démarche adoptée dans le manuel
Cette partie du programme est nouvelle à différents titres : nouvelle par rapport à l’ancien pro-
gramme de Terminale Scientifique, mais aussi nouvelle par rapport à la manière traditionnelle
d’aborder la chimie organique dans l’enseignement, que ce soit au lycée ou en post-bac.
Pour l’IUPAC dans le « Glossary of terms used in physical organic chemistry » (1994), une trans-
formation (en chimie organique) est définie comme étant la conversion d’un substrat en un
produit particulier, sans rendre compte des réactifs ni du mécanisme. Il est précisé qu’une

170 LIVRE DU PROFESSEUR © Éditions Belin, 2012
C. Commentaires sur les activités et documents proposés
 Vérifier ses acquis p. 268
– La formule de Lewis de l’éthanoate de méthyle est la suivante :
O
C
CC O
H
H
H
H H
H
– Cette espèce chimique porte le groupe ester.
– La molécule d’éthanoate de méthyle possède des atomes d’oxygène en plus des atomes de
carbone et d’hydrogène, ce qui la rend polaire (rappels de 1re S p. 245). Plus précisément, les
liaisons C=O et C–O sont polarisées. Les atomes de carbone du groupe ester portent des charges
électriques partielles positives notées + δ et + δ’.
C
O
H3C+δ+δ’
–δ”
O –δ’’’
CH3
Ester
 S’interroger p. 268
En versant de la soude concentrée (30 %) dans de l’huile d’olive, on observe l’apparition d’un
trouble, qui n’est autre que du savon que nous pourrions récupérer par filtration. Pour accélérer
la réaction de saponification, il peut être nécessaire de chauffer le mélange.
transformation est donc différente d’une réaction qui implique, elle, la description complète
des réactifs et des produits. La description d’une transformation (schéma de synthèse défini au
chapitre 11 p. 252) n’est que partielle et elle est subjective, car c’est le point de vue du chimiste
qui détermine l’espèce qui, dans la réaction, a le rôle du substrat. Nous avons préféré au terme
« substrat » celui de « réactif étudié », ou encore « réactif d’intérêt » ou « réactif principal ».
Il existe de nombreuses façons de décrire et classifier les transformations en chimie organique.
Le programme a choisi celui des objectifs de synthèse (modifications de chaîne ou de groupe
caractéristique) et celui des catégories de réaction (addition, élimination, substitution). Le pro-
gramme ajoute ensuite une interprétation au niveau moléculaire à travers une introduction des
mécanismes réactionnels.
Le chapitre 12 aborde ces différents aspects dans le même ordre de présentation que le pro-
gramme. Cependant nous avons été amenés à réaliser des choix que nous détaillerons dans la
section C, au fur et à mesure de la présentation et du commentaire des activités et documents
proposés.
Les compétences concernant la reconnaissance des groupes caractéristiques et la nomenclature
sont principalement travaillées au chapitre 9, et sont réinvesties dans ce chapitre. Les quatre
activités du chapitre 12 couvrent les autres compétences de cette partie du programme.

12. TRANSFORMATION EN CHIMIE ORGANIQUE 171 © Éditions Belin, 2012
✔5 Réponse attendue
L’ion hydroxyde HO– porte une charge électrique entière négative, alors qu’une molécule d’ester
de l’huile végétale porte des charges électriques partielles, notamment positives. Il est à ce
niveau envisageable que l’ion hydroxyde et la molécule d’ester, porteurs de charges électriques
opposées, puissent s’attirer (rappels de 1re S p. 245) et réagir ensemble. L’activité 4 p. 273
permettra de développer cet aspect.
 Photo d’ouverture p. 269
La photographie présente des feuilles d’arbres aux couleurs automnales. Durant l’automne,
les feuilles ne produisent plus de chlorophylle, pigment vert qui masquait tout autre pigment
susceptible d’être présent dans les feuilles, tel que les caroténoïdes (jaune-orange). Les couleurs
rouges proviennent d’autres pigments, les anthocyanes, qui sont produits durant l’automne à la
différence des caroténoïdes. Les couleurs automnales sont une belle illustration de l’existence
de transformations chimiques organiques.
Pour en savoir plus : B. Valeur, Matière et matériaux, p. 97-99, Belin, 2010.
 Activité 1 p. 270
Cette activité La stratégie de synthèse vise à « Distinguer une modification de chaîne d’une
modification de groupe caractéristique ». Elle prend appui sur l’étude du procédé BHC de fabri-
cation de l’ibuprofène, exemple-modèle de la chimie durable. Nous réinvestissons ainsi les
compétences travaillées au chapitre précédent à propos de la chimie durable.
✔5 Commentaire
Les experts de la synthèse organique tels que E. J. Corey, prix Nobel 1990, s’intéressent aux
changements obtenus au niveau du squelette moléculaire (construction d’un cycle, construction
d’une chaîne, etc.), au niveau des groupes fonctionnels (aménagements fonctionnels) et au
niveau de la stéréochimie (atomes « asymétriques » ou liaisons dissymétriques). Le programme
se limite aux deux premiers types de changements qu’il qualifie de « modification de chaîne »
et « modification de groupe caractéristique ».
Notons que la définition de l’IUPAC pour un « groupe fonctionnel » est sensiblement diffé-
rente de celle du « groupe caractéristique », issue de la nomenclature en chimie organique.
Nous avons fait le choix de rester proches du savoir de référence en synthèse organique, et
nous entendons la notion de groupe au sens large, à savoir celle de groupe fonctionnel. Pour
mémoire, un groupe fonctionnel est un atome ou groupe d’atomes responsables de proprié-
tés similaires, quelle que soit l’espèce chimique dans laquelle il se trouve. Avec cette défini-
tion, C=C, C=O, COOH, etc. sont des groupes fonctionnels. Ainsi, la transformation suivante :
CH3–CH = CH2 → CH3–CH(OH)CH3 est une modification de groupe caractéristique, car un groupe
fonctionnel alcène est remplacé par un groupe fonctionnel alcool (hydroxyle).
Afin de « distinguer » plus aisément ces deux types de modifications, quand il semble qu’elles
sont simultanées pour une transformation, nous avons choisi de donner la priorité à la modifica-
tion de chaîne. En effet, en synthèse organique, les experts travaillent en priorité à la construction
du squelette moléculaire.

172 LIVRE DU PROFESSEUR © Éditions Belin, 2012
✔5Réponses aux questions
1. Comparons les deux procédés à l’aide du tableau suivant :
Procédé Boots Procédé BHC
Quantité importante de sous-produits.
Davantage d’étapes (6), donc baisse du rendement global
a priori.
Un seul sous-produit (acide éthanoïque).
La majeure partie des atomes des réactifs utilisés
se retrouvent dans l’ibuprofène qui nous intéresse
(économie d’atomes).
Moins d’étapes (3).
Les sous-produits ne sont pas directement exploitables
(utilisables pour une autre application) et ils doivent
être retraités ou détruits.
Ceci a un coût (énergétique, autres réactifs nécessaires,
etc.) et un impact possible sur l’environnement.
Le sous-produit (acide éthanoïque) est valorisé :
il est directement exploitable dans une autre application.
Il n’y a donc pas de dépenses (énergétiques, etc.)
pour retraiter ou détruire ce sous-produit, ni de rejet
dans l’environnement.
Le procédé BHC est effectivement « vert » par rapport au procédé Boots.
2.
3. Dans la deuxième étape (b→c), le groupe caractéristique hydroxyle est remplacé par le groupe
caractéristique carbonyle, donc il s’agit bien d’une modification de groupe caractéristique. Re-
marquons qu’il n’y a pas de différence au niveau des liaisons carbone-carbone de la chaîne
carbonée.
4. Dans la première étape (a→b), le groupe caractéristique carbonyle est ajouté à la molécule
transformée : il pourrait s’agir d’une modification de groupe caractéristique. En même temps, il
y a création d’une liaison carbone-carbone avec la chaîne carbonée, et l’ajout de deux atomes de
carbone. Dans l’étape suivante (b→c), le groupe carbonyle n’est pas conservé, il subit une nou-
velle modification. Il semble donc que le but premier du chimiste dans la première étape (a→b)
soit d’allonger la chaîne carbonée de la molécule : il s’agirait donc bien d’une modification de
chaîne. Les modifications au niveau des groupes caractéristiques ne sont que des conséquences
de cette modification de chaîne.
Remarque : la modification de chaîne est donc considérée comme prioritaire.
5. Dans la dernière étape de la synthèse (c→d), le groupe carboxyle est ajouté à la molécule
transformée, en même temps il y a formation de la liaison carbone-carbone permettant de lier
ce nouveau groupe caractéristique à la chaîne carbonée de la molécule. Nous considérons qu’il
s’agit ici d’une modification de chaîne (prioritaire sur une modification de groupe caractéristique).
6. La démarche utilisée permettant de distinguer une modification de chaîne d’une modification
de groupe caractéristique pourrait être la suivante :
a. Comparer la molécule de départ à la molécule obtenue : y a-t-il des différences de groupes
caractéristiques ? Des liaisons carbone-carbone sont-elles modifiées (rupture, formation, etc.) ?
Y a-t-il ajout ou enlèvement d’atomes de carbone ?
Étape
de la synthèse
Groupe(s)
caractéristique(s)
de la molécule
transformée
Y a-t-il eu des modifications au niveau des liaisons
carbone-carbone de la chaîne carbonée de la molécule ?
Des atomes de carbone sont-ils ajoutés ou enlevés
à la molécule ?
Groupe(s)
caractéristique(s)
de la molécule
obtenue
a→b X
Formation d’une liaison carbone-carbone entre le cycle
et le groupe d’atomes CO–CH3.
2 atomes de carbone sont ajoutés.
Carbonyle
b→cCarbonyle XHydroxyle
c→dHydroxyle
Formation d’une liaison carbone-carbone entre la chaîne
carbonée et le groupe –COOH.
Un atome de carbone est ajouté.
Carboxyle

12. TRANSFORMATION EN CHIMIE ORGANIQUE 173 © Éditions Belin, 2012
b. Si la chaîne carbonée est modifiée (par formation ou rupture de liaisons C–C), il s’agit d’une
modification de chaîne.
c. En l’absence de modification de chaîne : si un groupe caractéristique est remplacé, ajouté ou
enlevé, il s’agit d’une modification de groupe caractéristique.
d. S’il semble y avoir simultanément modification de chaîne et modification de groupe caracté-
ristique, nous considérons que la modification de chaîne est prioritaire sur la modification de
groupe caractéristique.
 Activité 2 p. 271
Cette activité introduit comment « Déterminer la catégorie d’une réaction (substitution, addi-
tion, élimination) à partir de l’examen de la nature des réactifs et des produits ». La construction
des modèles moléculaires des espèces organiques du doc. 3 permet en outre de travailler la
représentation topologique (chapitre 4 p. 88), qui pose souvent problème aux élèves.
✔5 Commentaire
Les définitions IUPAC des catégories de réaction sont plutôt hétérogènes : elles s’intéressent
aux atomes ou groupes d’atomes et/ou aux liaisons, à la multiplicité, aux insaturations, etc.
Nous avons choisi de ne conserver que le critère d’ajout ou d’enlèvement d‘atomes ou groupes
d’atomes, afin d’obtenir des définitions homogènes et simples mais suffisamment efficaces
pour des élèves de Terminale S.
Matériel
– Modèles moléculaires.
✔5 Réponses aux questions
1. Le réactif et le produit principaux sont les espèces organiques : chlorométhane et méthanol,
propan-1-ol et propène, butanone et butan-2-ol.
2. Pour l’exemple de réaction de substitution, la molécule de chlorométhane perd un atome de
chlore : il est remplacé par le groupe hydroxyle OH.
Pour l’exemple de réaction d’élimination, la molécule de propan-1-ol perd un atome d’hydrogène
et le groupe hydroxyle OH. Ceux-ci se retrouvent dans la molécule d’eau formée. Mais contrai-
rement à la réaction de substitution, aucun autre atome ou groupe d’atomes n’a remplacé les
atomes perdus par la molécule de propan-1ol.
Pour l’exemple de réaction d’addition, deux atomes d’hydrogène sont ajoutés à la molécule de
butanone. Mais contrairement à la réaction de substitution, l’ajout de ces atomes d’hydrogène
n’a pas entraîné la perte d’autres atomes de la molécule de butanone.
3. Formules semi-développées :
H3C
Cl
H3C
OH
H3C
H
CH
CH
3
OH
CH2CH
CH2
H
H3C
H3C
CC
O CH3
H
O
CH3
CH2
CH2
4. Lors d’une réaction de substitution, un atome ou groupe d’atomes (Cl) de la molécule étudiée
(chlorométhane) est remplacé par un atome ou groupe d’atomes (OH).