ap 21 – transformation de la matiere en chimie organique

AP 20 – TRANSFORMATION DE LA MATIERE EN CHIMIE ORGANIQUE
Données : Pour tous les exercices, on utilisera la table des valeurs d’électronégativité de quelques éléments ci-contre.
1H
2,20
0,98
2,04
2,55
3,04
3,44
3Li
5B
6C
7N
8O
9F
3,98
1,31
3,16
2,96
2,66
12Mg
17Cl
35Br
53I
EXERCICE 1 :
1. Entourer les groupes caractéristiques et nommer les fonctions correspondantes pour les molécules suivantes.
O
b
c
d
a
OH
NH2
O
O
e
f
O
O
O
g
OH
h
O
NH
H2N
NH
O
O
OH
N
O
OH
OH
2. Utiliser les noms systématiques des espèces organiques suivantes pour en déterminer les groupes caractéristiques,
les fonctions et la chaîne carbonée.
a. Acide 2-hydroxypentanoïque
b. Hexanamide
c. 3-amino-2-hydroxypropanal
d. 4-hydroxyhexan-2-one
3. Pour les molécules dont les noms suivent, donner la longueur de la chaîne carbonée principale et les formules semidéveloppées des groupes caractéristiques présents.
a. N,N-diméthylpropanamide
b. Ethanoate de 3-aminopropyle
c. 2,4-diaminoheptane
EXERCICE 2 :
Pour chaque ligne du tableau, déterminer si la transformation est une modification de chaîne ou une modification de groupe.
Réactifs
Produits
O
O
a.
OH
b.
NH2
O
O
OH
OH
c.
OH
O
O
OH
d.
OH
3-hydroxybutane
e.
3-hydroxyhexane
Pentanoate de méthyle
Pentanamide
EXERCICE 3 :
1. On considère les molécules suivantes :
H
a.
b.
H
H
d.
C
CH
O
H3C
NH2
H3C
e.
BH2
H3C
OH
H3C
H
CH
H3C
CH
N
H
H3C
c.
H3C
f.
HO
O
C
OH
NH
Pour chaque molécule, identifier la (les) liaison(s) polarisée(s) entre atomes autres que l’atome d’hydrogène.
Pour chaque liaison polarisée :faire apparaître les charges partielles portées par les atomes et identifier le site donneur
et le site accepteur.
EXERCICE 4 :
Les questions 1 et 2 sont indépendantes.
1. Identifier pour chacune des équations de réaction représentées ci-dessous, les deux liaisons rompues et les deux
liaisons créées.
Attention, certaines liaisons ne sont pas représentées du fait des formules topologiques !
HO O
HO O
a.
OH +
O
H
H
O
OH
O
O
b.
+
O
H
O
+
O
O
H
c.
H
H
O
+
H
H
OH
2. On considère la réaction d’addition du bromure d’hydrogène sur un alcène qui se déroule en deux étapes représentées
ci-dessous.
Etape 1
Etape 2
H
CH3
H
C
+ H+
C
H3C
H3C
H
C
H
CH3
C
H3C
H
H
C
H
CH3
+ Br 
C
H3C
H
H
CH3
C
C
H
Br
H
2.1. A chaque étape : (en justifiant)
- représenter les doublets non liants manquants ;
- identifier le site donneur et accepteur de doublet d’électrons.
2.2. Placer les flèches courbes représentant le mouvement des électrons au cours des deux étapes.
2.3. Expliquer la formation des liaisons C – H et C – Br et la disparition de la double liaison.
3. Recopier les équations de réaction ci-dessous, puis:
- Représenter les doublets non liants ;
- Identifier la (les) liaison(s) formée(s) ;
- Identifier, parmi les réactifs, le(s) site(s) donneur(s) de doublet d'électrons à partir duquel s'effectue le(s)
transfert(s) d'électrons ;
- Identifier le(s) site(s) accepteur(s) de doublet d'électrons ;
- Modéliser les transferts de doublet d'électrons par une ou plusieurs flèches courbes.
O
O
a.
+ H
OH
b.
H
H3C
CH2
OH
+
H
H3C
O
Cl
CH2
OH
CH3
H3C
c.
H3C
Li
+ Cl
+
C
H3C
O
H3C
C
CH3
O
Li
CORRECTION AP 20
EXERCICE 1 :
Un groupe caractéristique est un atome ou groupe d’atomes qui donne à l’espèce chimique qui le contient des propriétés
chimiques particulières.
a
b
OH
amine
c
NH2
cétone
d
O
O
aldéhyde
O
acide carboxylique
e
f
O
O
O
NH
amide
O
aldéhyde
g
OH
amine
alcool
ester
O
O
N
amine
alcool
amide
OH
alcool
OH
NH
H2N
O
ester
h
OH
alcool
2. Méthode : Pour identifier les groupes caractéristiques figurant dans le nom d’une molécule, il faut commencer par la
terminaison du nom systématique : celui-ci fournit le groupe caractéristique principal. Il faut faire de même pour les
autres groupes apparaissant dans le nom.
a. L’acide 2-hydroxypentanoique présente la chaîne carbonée du pentane et les groupes caractéristiques carboxyle COOH et hydroxyle -OH des fonctions acide carboxylique et alcool respectivement.
O
b. L’hexanamide présente la chaîne carbonée de l’hexane et le groupe caractéristique amide
amide.
d’une fonction
C
N
c. Le 3-amino-2-hydroxypropanal présente la chaîne carbonée du propane et les groupes caractéristiques
hydroxyle -OH, amino (ou amine) -NH2 et carbonyle C
O des fonctions alcool, amine et aldéhyde respectivement.
d. La 4-hydroxyhexan-2-one présente la chaîne carbonée de l’hexane et les groupes caractéristiques hydroxyle
-OH et carbonyle C Odes fonctions alcool et cétone respectivement.
3.
a. Le N,N-diméthylpropanamide présente la chaîne carbonée du propane (3 atomes de carbone) et le groupe
O
caractéristique amide
C
d’une fonction amide.
N
b. L’éthanoate de 3-aminopropyle présente la chaîne carbonée de l’éthane (2 atomes de carbone) et les groupes
O
caractéristiques amino (ou amine) -NH2 et ester
C des fonctions amine et ester respectivement.
O
c. Le 2,4-diaminoheptane présente la chaîne carbonée de l’heptane (7 atomes de carbone) et deux groupes
caractéristiques amino (ou amine) -NH2 de deux fonctions amine.
EXERCICE 2 :
Méthode : Pour identifier s’il s’agit d’une modification de chaîne, de groupe caractéristique ou des deux, il faut :
- faire l’inventaire des groupes caractéristiques présents dans la molécule de départ et dans celle d’arrivée puis
regarder lesquels ont été modifiés.
- identifier les chaînes carbonées des deux molécules.
S’il y a rupture ou formation de liaisons C – C, il s’agit d’une modification de chaîne
Si un groupe caractéristique a été remplacé, ajouté ou enlevé, il s’agit d’une modification de groupe caractéristique.
a. Le réactif présente le groupe caractéristique –COOH de la fonction acide carboxylique et le produit présente le
O
groupe caractéristique
groupe.
Cde la fonction amide. La chaîne carbonée n’est pas modifiée, il s’agit d’une modification de
N
b. Le réactif présente le groupe caractéristique –COOH de la fonction acide carboxylique et le produit comporte les
groupes caractéristiques –COOH et -OH des fonctions acide carboxylique et alcool respectivement. La chaîne carbonée
n’est pas modifiée, il s’agit d’une modification de groupe.
c. Le réactif présente une chaîne carbonée principale à 4 atomes de carbone et le produit une chaîne carbonée
principale à 5 atomes de carbone. Le groupe caractéristique –COOH de la fonction acide carboxylique n’est pas modifié,
il s’agit d’une modification de chaîne.
d. Le réactif et le produit présentent tous deux un groupe caractéristique -OH de la fonction alcool. Le 3hydroxybutane présente une chaîne carbonée principale à 4 atomes de carbone tandis que le 3-hydroxyhexane en
présente une à 6 atomes de carbone. Il s’agit donc d’une modification de chaîne carbonée.
e. Le réactif et le produit présentent tous deux la chaîne carbonée principale à 5 atomes de carbone. Le
O
pentanoate de méthyle présente le groupe caractéristique
O
présente le groupe
C
de la fonction ester tandis que le pentanamide
O
C de la fonction amide. Il s’agit donc d’une modification de groupe caractéristique.
N
EXERCICE 3 :
Méthode : Pour trouver la polarisation d’une liaison, il faut regarder le tableau des électronégativités des éléments
impliqués. L’élément le plus électronégatif porte un excès d’électrons qui se représente par  . A l’inverse, l’atome le
moins électronégatif a un défaut d’électrons qui se représente par  
Pour identifier un site accepteur de doublet d’électrons, il suffit de trouver l’atome portant une charge positive entière
+ ou partielle  
Pour identifier un site donneur de doublet d’électrons, il suffit de trouver l’atome portant une charge négative entière ou partielle  , une liaison multiple ou d’un atome portant un (ou plusieurs) doublet(s) non liant(s).
a.
b.
L’atome d’azote N est
H
plus électronégatif que
l’atome de carbone
   
H
site accepteur
c.
H3C
site donneur
site accepteur
est plus électronégatif
OH
que l’atome de carbone
H3C
H
site donneur
d.
H3C
   
site donneur
NH2
H3C
L’atome d’oxygène O
   
CH
N
H
CH
site accepteur
C
H3C
H
CH
L’atome d’azote N est plus
L’atome de carbone est
  
plus électronégatif que
BH2
l’atome de bore B
H3C
électronégatif que l’atome
site donneur
site accepteur
de carbone
e.
f.
site accepteur
 

O
 
H3C C

  OH
site donneur
électronégatif

HO

L’atome d’oxygène O est
plus
site donneur
que
site donneur
O
   
site accepteur

 NH
 
site accepteur

l’atome de carbone
site donneur
 
Site accepteur
L’atome d’azote N est plus
site donneur
électronégatif que l’atome de
carbone. De même, l’atome
d’oxygène
O
est
plus
électronégatif que l’atome de
carbone
EXERCICE 4 :
1.
: liaison rompue
: liaison créée
La formule topologique a
été complétée des
liaisons pertinentes C – H
(représentées en violet).
2.1. Dans la première étape, la double liaison est un site donneur tandis que l'ion H + (porteur d’une charge positive) est un site
accepteur de doublet d'électrons.
Dans la deuxième étape, l'ion Br  porte une charge négative, il constitue donc le site donneur tandis que l’atome de carbone
portant la charge positive est un site accepteur de doublet d'électrons.
2.2. Une flèche courbe représente le mouvement du doublet d’électrons, elle part toujours d’un doublet d’électrons
d’un site donneur.
Lors de la formation d’une liaison, la flèche courbe va toujours du site donneur vers le site accepteur.
Lors de la rupture d’une liaison, la flèche part toujours de la liaison et va vers l’élément le plus électronégatif.
A part l’hydrogène, les autres atomes (C, Br) vérifient la règle de l’octet car leur numéro atomique est supérieur à 4, ils
doivent être entourés de 4 doublets (liants ou non liants).
site donneur
site donneur
Formation
d’une liaison
Etape 1
H
H3C
+
C
H
Etape 2
H
CH3
C
site accepteur
H+
H3C
site accepteur
C
H
H
CH3
C
H3C
H
C
H
CH3
+
C
Br 
H
H3C
H
CH3
C
C
H
Br
H
Formation
d’une liaison
2.3. Au cours de la première étape, la flèche courbe indique que les électrons de la liaison double sont attirés vers l'ion H +.
Ces électrons constituent la nouvelle liaison et la liaison double C = C devient une liaison simple C - C. L'atome de
carbone qui ne possède à présent plus que trois liaisons covalentes a un défaut d'électrons et porte donc une charge entière.
Au cours de la seconde étape, la flèche courbe indique qu'un doublet non liant d'électrons de l'ion Br  est attiré vers
l'atome de carbone portant la charge +. Les deux électrons de ce doublet forment à présent la liaison C – Br.
3. Même légende qu’à la question 1.
Les atomes d’hydrogène H et de lithium Li vérifient la règle du duet car leur numéro atomique est inférieur ou égal à 4.
Les autres atomes vérifient la règle de l’octet, c’est-à-dire qu’ils doivent être entourés de 4 doublets (liants ou non
liants).
site donneur
La liaison formée est O – H.
L’ion H + est le site accepteur car il possède une charge positive.
L’atome d’oxygène est plus électronégatif que l’atome de carbone
(voir la table d’électronégativités), la liaison C = 0 est donc polarisée.
L’atome d’oxygène est le site donneur car il est porteur d’une charge
partielle négative.
 
site donneur
La liaison formée est C – O.
L’atome de chlore est plus électronégatif que l’atome d’oxygène (voir
la table d’électronégativités). La liaison C – Cl est polarisée d’où les
charges partielles représentées.
Pour la liaison formée, l’atome O est le site donneur car il porte une
charge négative.
Les liaisons formées sont O - Li et C – C.
Les liaisons C = O et C – Li sont polarisées (voir la table
d’électronégativités) d’où les charges partielles représentées.