TPS1feuille pre_paratoireST_CL

Travail préparatoire à faire sur feuille et à rendre le jour du TP
Cette feuille est à rendre en début de séance. Il faut noter les résultats sur une autre
feuille ou un cahier de TP, ou faire une photocopie afin de pouvoir exploiter le TP et
faire le compte rendu de TP.
Il est demandé d’avoir lu l’annexe.
Partie A : L’acide but-2-ènedioïque HOOC-CH=CH-COOH possède deux stéréoisomères :
l’acide maléique (stéréoisomère Z) et l’acide de l’acide fumarique (stéréoisomère E).
1. Faire une représentation topologique de ces 2 stéréoisomères.
2. Quelle relation d’isomérie existe entre ces 2 molécules ? Justifier.
3.Quel est l’isomère qui possède le moment dipolaire le plus élevé ?
Pour répondre à cette question, sur un schéma :
• représenter les moments dipolaires de liaison, (par simplicité, on négligera le moment
dipolaire des liaisons O-H),
• puis le moment dipolaire du groupe COOH,
• puis le moment dipolaire total de la molécule. Il ne faut pas faire de calculs mais
seulement des constructions géométriques.
4. Liaisons hydrogène :
• Donner la définition
•
Pour chacun des acides, en raisonnant sur la géométrie des molécules, indiquer
quelles sont les liaisons hydrogène intramoléculaires et intermoléculaires
susceptibles de se former.
Partie B : Le limonène est le constituant majoritaire des huiles extraites des peaux d’agrumes.
Cette molécule chirale se présente sous forme de deux énantiomères. Ce constituant est le
principal responsable de leur odeur caractéristique, qui varie selon les proportions relatives
des deux énantiomères. Alors que le (+) limonène est l’un des principaux constituants de
l’essence d’orange, de citron et de cumin, le (-) limonène se trouve majoritairement dans
l’essence de menthe verte.
Le limonène a pour formule brute C10H16 et peut être représenté ainsi :
1. Identifier le carbone asymétrique. Faire la représentation de Cram des deux énantiomères
et identifier clairement les isomères R et S.
2. Donner la définition de la masse volumique d’un liquide
3. Donner l’expression de la concentration C en g.cm-3 d’une solution d’un produit A de
concentration Co=10% en volume (dilution de V1=100 mL de produit liquide dans une
fiole de V2=1L de solvant). On notera ρ la masse volumique de A.
On attend une expression de C en fonction de V1, V2 et ρ ou Co et ρ.
2. On a mesuré le pouvoir rotatoire α d’une solution de saccharose, en vue de déterminer sa
concentration C1 , et on a trouvé +19,95° en utilisant une cuve de 15 cm. Une solution de
saccharose à 100 g.L-1, dans une cuve de 10 cm, manifeste un pouvoir rotatoire de +6,65°
a) Quelle est la concentration de la première solution ?
b) Quelle est la valeur du pouvoir rotatoire spécifique du saccharose (à la température
où a été faite la mesure et pour la longueur d’onde de la lumière utilisée) ?
On utilisera la loi de Biot donnée en annexe.
Annexe : Polarimétrie.
Une onde électromagnétique est un ensemble constitué d’un champ électrique et d’un champ
magnétique oscillants, orthogonaux l’un par rapport à l’autre, chacun d’eux étant
perpendiculaire à la direction de propagation.
Le comportement du champ électrique est représentatif de celui de l’onde.
Quand les vibrations du champ électrique s’effectuent dans un plan qui ne change pas au
cours du temps, l’onde est dite polarisée rectilignement. Ce plan particulier est appelé plan de
polarisation. Le schéma ci-dessous représente une onde électromagnétique polarisée dont le
plan de polarisation est vertical.
La lumière naturelle n’est pas polarisée. Le plan de polarisation change à tout instant ; il est
donc distribué autour de la direction de propagation avec une égale probabilité.
La lumière naturelle peut subir une polarisation partielle suite à la diffusion (par l’air), suite à
des réflexions (sur la neige par exemple). L’œil ne peut pas déterminer si une lumière est
polarisée.
Un « polaroïd » est une lame transparente contenant de petits cristaux qui sont tous orientés
dans la même direction ; ce dispositif possède ainsi la propriété de ne transmettre qu’une
seule direction possible pour le champ électrique. Ce dispositif permettant de transformer une
lumière non polarisée en une lumière polarisée est appelé polariseur.
Un deuxième polaroïd, appelé analyseur est placé après le polariseur. Si son orientation est
parallèle à celle du polariseur, la lumière polarisée est intégralement transmise et l’écran est
éclairé. Si la direction de l’analyseur est décalée d’un angle θ par rapport à celle du
polariseur, la lumière polarisée n’est que partiellement transmise. L’intensité transmise est
donnée par la loi de Malus : I = I0 (cos θ)2, si I0 est l’intensité lumineuse issue du polariseur.
Si cette direction est perpendiculaire à celle du polariseur (θ = 90°), l’intensité lumineuse
transmise est nulle ; polariseur et analyseur sont dits croisés.
La cuve contenant l’eau, interposée entre polariseur et analyseur, ne change pas l’observation
de l’écran.
Si on introduit dans la cuve une substance chirale, l’éclairement de l’écran n’est plus nul.
Il faut tourner l’analyseur d’un angle α pour rétablir l’absence d’éclairement de l’écran.
Ceci s’interprète en considérant que la substance chirale a fait tourner le plan de polarisation
de la lumière d’un angle α, appelé pouvoir rotatoire. Cette substance est dite « optiquement
active ».
Si, pour l’observateur recevant la lumière (dans son œil), la rotation s’effectue vers la droite,
la substance est dit « dextrogyre » et le pouvoir rotatoire est positif ; si elle s’effectue vers la
gauche, la substance est dite « lévogyre » et le pouvoir rotatoire est négatif.
Le pouvoir rotatoire dépend de la longueur du chemin otique dans la substance chirale, de sa
concentration et de sa nature. Sa valeur est donnée par la loi de Biot : α = [α ]θλ lc
α est exprimé en degré, l en dm, c en g.cm-3 et [α] en degré.dm-1.g-1.cm3. [α] est le pouvoir
rotatoire spécifique ; sa valeur est caractéristique de la substance chirale dans un solvant
donné, à une température θ donnée, à une longueur d’onde λ spécifiée (la raie D du spectre
d’émission du sodium).
S’il y a plusieurs substances chirales : α = ∑ [α i ]θλ lci
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Remarques :
deux énantiomères ont des pouvoirs rotatoires spécifiques opposés ;
il n’existe aucune relation entre le signe du pouvoir rotatoire et la nature (R ou S) des
€
descripteurs stéréochimiques).