Programme des colles de Physique Chimie BCPST 2ème année Semaines du 3 au 13 janvier 2017 Bonne et heureuse année 2017 à tous ! Physique : Thermodynamique Description des systèmes fermés de composition variable : enthalpie libre G et potentiel chimique µ Identité thermodynamique sur la fonction G. - Relier les grandeurs V, S et µ aux dérivées partielles de G(T, P, n). Relation de Gibbs – Helmholtz. - Savoir démontrer la relation de Gibbs – Helmholtz. Potentiel thermodynamique. - Relier la variation de l’enthalpie libre et la création d’entropie lors d’une transformation spontanée à T et P constantes. - Etablir un critère d’évolution et un critère d’équilibre à partir de l’évolution de G. Identité d’Euler. - Relation entre l’enthalpie libre d’un mélange et les potentiels chimiques des constituants. - Interpréter l’influence d’une variation de P ou de T sur le potentiel chimique. Activité d’un constituant. - Définir l’activité d’un constituant dans un mélange idéal. - Exprimer et utiliser le potentiel chimique d’un constituant dans un mélange idéal (phase condensée, gaz) et dans une solution diluée. Changements d’état d’un corps pur Condition d’équilibre d’un corps pur sous deux phases. - Interpréter la condition d’équilibre par une égalité de potentiels chimiques. Enthalpie de changement d’état ; entropie de changement d’état. - Relier, pour un équilibre entre deux phases, les grandeurs H, S et V aux grandeurs massiques ou molaires associées et au titre en vapeur. - Utiliser la relation entre les entropies molaires (massiques) et les enthalpies molaires (massiques) de changement d’état. Calorimétrie : Réaliser un bilan enthalpique dans le cas d’un changement d’état. Révisions associées de BCPST1 : Notions Capacités exigibles Changements d’état du corps pur Diagramme de phases en coordonnées (T, P) ; point critique et point triple. Pression de vapeur saturante. Variance. Changement d’état liquide-vapeur ; diagramme (P, V) ; isothermes. Titre en vapeur. Théorème des moments. Interpréter le diagramme (P, V) selon la variance. Interpréter qualitativement le palier de température associé au changement d’état. Calculer, à partir d’un diagramme, la composition d’un mélange liquide-vapeur à l’équilibre. Chimie : Synthèses Organiques Indications du programme actuel de BCPST2 : La création de liaisons entre deux atomes de carbone mobilise l’ensemble des connaissances en chimie organique. La vision globale qui en résulte permet de comprendre les étapes apparaissant dans les grands cycles de la biochimie ou dans une synthèse totale. Elle permet également l’élaboration d’une stratégie de synthèse visant à allonger le squelette carboné d’un nombre donné d’atomes. L’ion cyanure Substitution nucléophile par l’ion cyanure. - Ecrire le mécanisme de la réaction de l’ion cyanure sur un composé halogéné. Addition nucléophile par l’ion cyanure. - Ecrire le mécanisme de l’addition de l’ion cyanure sur un composé carbonylé suivie d’un traitement à pH contrôlé. Les organomagnésiens mixtes Synthèse d’un organomagnésien. - Justifier l’utilisation de l’éthoxyéthane ou du tétrahydrofurane comme solvant. - Justifier les précautions mises en œuvre. Réactivité. - Justifier l’inversion de polarité sur l’atome de carbone résultant de l’insertion de magnésium dans la liaison carbone – halogène. - Ecrire les schémas réactionnels sur les composés suivants : composés carbonylés, esters, dioxyde de carbone et oxirane. Révisions associées de BCPST1 : Notions Délocalisation électronique et aromaticité Mésomérie. Conjugaison et conséquences structurales. Aromaticité ; critère de Hückel. Interactions de faible énergie Interaction de Van der Waals Liaison hydrogène ; directivité. Solvant Rôle du solvant. Exemples : solvants apolaires, aprotiques et polaires protiques. Capacités exigibles Ecrire les formules résonantes d’une molécule. Utiliser la géométrie et la conjugaison pour interpréter la géométrie et la réactivité. Comparer les ordres de grandeur des énergies mises en jeu (liaison covalente, liaison hydrogène, liaison de Van der Waals). Faire le lien entre les propriétés du solvant et les interactions intermoléculaires. polaires Interpréter qualitativement la méthode de l’extraction liquide-liquide. Stéréochimie Ecriture topologique. Représenter une molécule à partir de son nom, Représentation spatiale des molécules : Cram, en tenant compte d’informations Newman, perspective. stéréochimiques, dans un type de représentation donnée. Conformations des alcanes linéaires et du Discuter la stabilité relative de deux cyclohexane. conformations d’un alcane. Glucopyranoses ; anomérie ; existence de la mutarotation du glucose. Carbone asymétrique, chiralité, énantiomérie, diastéréoisomérie. Représenter le conformère le plus stable d’un cyclohexane monosusbstitué. Déterminer si une molécule est chirale. Identifier les relations de stéréoisomérie entre deux composés. Comparer les propriétés de deux stéréoisomères de configuration, en milieu chiral et non chiral. Descripteurs sétérochimiques Z/E, R/S, D/L. Déterminer les descripteurs stéréochimiques dans les cas simples. Activité optique, pouvoir rotatoire, loi de Biot. Utiliser la loi de Biot pour discuter de la pureté Mélange racémique. énantiomérique d’un mélange. Substitutions nucléophiles Expliciter la réactivité des liaisons C-X et CNucléophile et nucléofuge. OH. Identifier les sites électrophiles et/ou nucléophiles d’une espèce chimique. Reconnaître des nucléophiles usuels : ion cyanure, ion alcoolate, amine, ion hydroxyde, eau. Les deux mécanismes limite : SN1 et SN2 pour Discuter du mécanisme à partir de données les halogénoalcanes et les alcools. cinétiques. Déterminer les stéréoisomères obtenus à l’issue d’une SN. Discuter de la compétition entre les deux mécanismes en fonction de la structure du carbocation. Représenter les profils réactionnels associés à chaque mécanisme. Activation des alcools par H+ et par le Ecrire l’équation bilan de l’action du chlorure chlorure de tosyle. de tosyle sur un alcool. Ouverture d’un époxyde en milieu basique Interpréter la stéréochimie de la dihydroxylation d’un alcène. Comparer les diols obtenus à partir d’un alcène via l’époxydation ou par action du permanganate. Elimination Compétition entre SN et E. Reconnaître les conditions favorisant l’élimination : température, force et Régiosélectivité de l’élimination. concentration de la base. Déterminer le produit majoritaire de Mécanismes limites E1 et E2 pour les l’élimination. halogénoalcanes et les alcools. Ecrire les stéréoisomères obtenus à l’issue d’une élimination. Additions nucléophiles Bilan et mécanisme d’une addition nucléophile Expliciter la différence de réactivité de la sur le groupe carbonyle suivie d’une hydrolyse. double liaison C=O et de la double liaison C=C. Bilan et mécanisme de l’hémiacétalisation et de Expliciter le caractère renversable de l’acétalisation. l’acétalisation. Utiliser l’acétalisation comme protection de groupe caractéristique.