ap 21 – transformation de la matiere en chimie organique

AP 21 – TRANSFORMATION DE LA MATIERE EN CHIMIE ORGANIQUE
EXERCICE 5 :
1. Les chimistes allemands O. Diels et K. Alder ont reçu le prix Nobel de chimie en 1950 pour leurs travaux relatifs à
des réactions entre alcènes conduisant à des dérivés du cyclohexène, comme la réaction ci-contre :
+
2,3-diméthylbuta-1,3-diène Prop-2-énal
Déterminer la catégorie (substitution, addition, élimination) de cette réaction.
2. Même question pour chacune des réactions suivantes.
a. + + HCl
b. + CO2
c. + + HCl
d. + HCl
e. + H2O
EXERCICE 6 :
La synthèse de la molécule D à partir de la molécule A passe par les intermédiaires B et C.
A
B
C
D
1. Sur la formule de A :
- placer les doublets non liants ;
- placer les charges partielles correspondantes.
- indiquer tous les sites donneurs et accepteurs de doublet d'électrons ;
2. Quelle catégorie de réaction (addition, substitution, élimination) est mise en jeu lors l'obtention de B ? Écrire
l'équation de la réaction sachant qu'une molécule de bromure d'hydrogène (HBr) est libérée pour chaque molécule de B
produite.
3. Établir un bilan des liaisons formées et rompues.
4. La deuxième étape est la transformation de B pour donner C. Quelle catégorie de réaction (addition, substitution,
élimination) est mise en jeu ici ?
5. Écrire l'équation de cette transformation sachant qu'un ion hydroxyde est consommé et qu'un ion bromure (Br  ) est
libéré pour chaque molécule C formée.
6. Établir un bilan des liaisons rompues et formées.
7. La molécule C est finalement oxydée en D.
Entourer les groupes caractéristiques dans C et D. En déduire s'il s'agit d'une modification de chaîne ou de groupe.
O
O
OH
O
O
Cl
O
Cl
OH
Br
Br
Br
OH
O
NH2
O
Cl
HN
O
CH2
CH2
CH3
C
C
CH3
CH2
CH
CH
O
O
CH
C
CH2
CH2
CH
CH2
CH3
C
C
CH3

EXERCICE 7 :
1. Réactivité en présence de tert-butanoate
Le tert-butanol, à odeur camphrée, entre dans la composition de certains parfums
Le 1-bromopentane réagit avec l'ion tert-butanolate pour former deux composés (A et B) en proportions respectives 15
% et 85 %.
+
1-bromopentane tert-butanolate A
+
B tert-butanol
Données IR
Liaison
Nombre d’onde (en cm 1 )
C = C
1620 – 1650
C = O
1620 – 1730
O - H
3200 - 3400
Aspect macroscopique
1.1. En examinant la nature des réactifs et des produits, déterminer les catégories des réactions (substitution,
addition, élimination) conduisant aux produits A et B.
1.2. Le spectre IR d'un des produits présente une bande à 1 640 cm-1. S'agit-il du produit majoritaire (B) ou minoritaire (A) ?
Aspect microscopique
1.3. Déterminer la polarisation des liaisons du 1-bromopentane. En déduire les charges partielles sur les atomes
correspondants. Identifier un site donneur et un site accepteur de doublet d'électrons de ce réactif.
1.4. Identifier le site donneur de l'ion tert-butanolate. A justifier
1.5. Le mécanisme d'obtention de A peut être décomposé en deux étapes.
Étape 1
Etape 2
+
Expliquer la formation et la rupture des liaisons à l'aide de flèches courbes représentant le mouvement des doublets d’e-.
2. Réactivité en présence d'éthanolate
Le 1-bromopentane réagit avec l'ion éthanolate pour former deux composés (B et C) en proportions respectives 10 % et
90 %.
+
B
+
C
La réaction conduisant au produit C se déroule en une étape avec rupture et formation simultanées de liaisons.
+
produit C
2.1. Déterminer la catégorie de la dernière réaction étudiée (addition, élimination ou substitution).
2.2. Dans la dernière réaction, identifier les liaisons formées et rompues et placer des flèches courbes indiquant le
mouvement des électrons en justifiant les sites accepteurs et donneurs mis en jeu.
2.3. Un chimiste souhaite synthétiser du pent-1-ène (B) à partir de 1-bromopentane, obtiendra-t-il un meilleur
rendement avec le tert-butanolate ou avec l’éthanolate ?
Br
O
O
+ Br
H3C
CH2
CH2
CH2
CH2
Br
H3C
CH2
CH2
CH2
CH2
+ Br
OH
Br
O
+ Br +
Br
O
O
+ Br
CH3
CH2
CH2
CH2
CH2
Br
O
CH2
CH3
CH3
CH2
CH2
CH2
CH2
O
CH2
CH3
Br +
O
C
CH3
CH3
CH3
H3C
CH2
CH2
CH2
CH2
O
C
CH3
CH3
CH3
H3C
CH2
CH2
CH2
CH2
Br
O
HO
+ Br +

EXERCICE 8 :
Etudions une synthèse particulière, appelée synthèse de Williamson.
+ + + H2O
propan-1-ol bromométhane
Cette synthèse se déroule en deux étapes représentées ci-dessous.
Etape 1
+ +
Etape 2
+ +
1. Identifier la catégorie de la synthèse de Williamson présentée dans l'énoncé (addition, de substitution ou
d’élimination).
2. Identifier, à chaque étape, les liaisons formées et rompues.
3. Analyser la polarité de la liaison C - Br du bromométhane. Quel est le site accepteur de doublet d'électrons ?
3. Modéliser le mouvement des doublets d'électrons de chaque étape par des flèches courbes.
H
O
H
OH
O
O
H
O
Br
O
Br
OH
Br
O
O
H
+ Br

CORRECTION AP 21
EXERCICE 5 :
Méthode : Pour déterminer la catégorie d’une réaction (addition, substitution ou élimination).
Quelle est la molécule étudiée ?
A partir de l'énoncé, repérer la molécule organique au sein des réactifs. En l'absence d'indications, choisir la molécule
organique possédant le plus d'atomes de carbone.
Quelles modifications s'opèrent sur la molécule étudiée ?
En examinant les produits de la réaction, repérer si des atomes ou groupes d'atomes se sont liés et/ou sont enlevés à la
molécule étudiée.
Déterminer ensuite la catégorie de la réaction :
- si un atome ou groupe d'atomes lié à un atome de carbone de la molécule par une liaison simple est remplacé par un
autre, il s'agit d'une substitution ;
- si un ou plusieurs atomes ou groupes d'atomes se lient à la molécule étudiée au niveau d’une double liaison sans que
celle-ci ne perde d'autres atomes, il s'agit d'une addition ;
- si un ou plusieurs atomes ou groupes d’atomes ont été retirés à la molécule sans arrivée d’autres groupes d’atomes et
avec la formation d’une double liaison, il s’agit d’une élimination.
1. Le réactif d’intérêt est ici la molécule de 2,3-diméthylbuta-1,3-diène car des deux réactifs, c’est elle qui possède le
plus d’atomes de carbone.
réactif d’intérêt produit
Au cours de la réaction, des atomes provenant de la molécule de prop-2-énal se lient à la molécule étudiée. En outre,
aucun atome n'est enlevé à la molécule.
Il s'agit donc d'une réaction d'addition.
2.
a.
réactif d’intérêt produit d’intérêt
C’est une réaction de substitution car un atome H du noyau aromatique est remplacé par le groupe d’atomes entouré en
rouge CO-CH3 .
b. Le réactif peut être représenté (après rotation de 90°) ainsi :
Le produit d’intérêt est
C’est une réaction de substitution car le groupe d’atomes COOH (entouré ci-dessous) du réactif est remplacé par un
atome d’hydrogène.
c. Le réactif d’intérêt peut être représenté (après rotation de 180°) ainsi :
H2N
NH2
O
OH
O
CH2
CH2
CH3
C
C
CH3
O
CH
C
CH2
CH2
CH
CH2
CH3
C
C
CH3
O
OH
O
O
H
O
H

Le produit d’intérêt est :
C’est aussi une réaction de substitution car un atome H de l’azote est substitué par le groupe entouré en rouge.
d.
réactif produit d’intérêt
C’est une réaction d’élimination car un atome H du noyau aromatique et l’atome de Cl (indiqués en rouge ci-dessous) sont
éliminés du réactif.
e.
réactif produit d’intérêt
Au cours de la réaction, il y a départ d’un groupe OH et d’un atome d’hydrogène de deux atomes voisins de carbone et
formation d’une double liaison entre ces deux atomes de carbone ; il s’agit donc d’une réaction d’élimination.
EXERCICE 6 :
1. Les atomes de carbone et de brome vérifient la règle de l’octet, c’est-à-dire qu’ils doivent être entourés de 4
doublets (liants ou non liants).
L’atome de Br est plus électronégatif que l’atome de carbone (voir la table d’électronégativités), les liaisons C – Br sont
donc polarisées et les atomes de brome portent donc une charge partielle négative : ce sont les sites donneurs de
doublet d’électrons.
La double liaison est aussi un site donneur de doublet d’électrons.
Les atomes de carbone porteurs d’une charge partielle positive sont les sites accepteurs de doublet d’électrons.
2. Le bilan de l'obtention de la molécule B est le suivant : + HBr
réactif produit d’intérêt
Il s'agit d'une réaction d'élimination car il y a départ d’un atome de brome et d’un atome d’hydrogène (représentés en
rouge ci-dessous) de deux atomes voisins de carbone et formation d’une double liaison entre ces deux atomes de
carbone
Cl
H
Br
Br
Br
HN
O
Br
Br
Br
site accepteur
site donneur
site accepteur
site donneur
site donneur
OH
H
Br
Br
H