Collège Notre-Dame de Jamhour

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1 Collège Notre-Dame de Jamhour Classe de Termnale SG Date : Samed 2 ma 2015 Corrgé de l Examen de Chme Présenter le traval avec un souc d ordre et de son. (1 pt) L utlsaton de la calculatrce non programmable est autorsée. Exercce I : Synthèse du paracétamol (20 pts) La synthèse du paracétamol peut être réalsée au laboratore à partr du para-amnophénol et de l anhydrde éthanoïque. L équaton de la réacton de la synthèse est la suvante : Questons : 1. Recoper, avec son sur votre cope, les molécules de para-amnophénol et de paracétamol, et entourer les groupes caractérstques sur ces deux molécules. Précser les famlles de composés qu leur sont assocées. (3 pts) G : amde G :hydroxyl e amde G : amno F : amne F : phénol G : G : groupe caractérstque F : phénol F : famlle de composés En réalté, pour la famlle des alcools, le groupe OH dot être porté par un carbone relé à ses vosns unquement par des lasons smples. Ic la famlle correspondante est la famlle des phénols. 2. Identfer, en justfant votre réponse, les deux stes donneurs de doublets d électrons présents sur la molécule de para-amnophénol. (2 pts) Les deux stes donneurs de doublets d électrons sont l atome d oxygène O et l atome d azote N grâce à leurs doublets non lants. Ils sont lés à des atomes mons électronégatfs (H et C) et possèdent donc une charge partelle négatve. 1/6 hydroxyle F :

2 3. Le mécansme smplfé de la réacton de synthèse du paracétamol peut être modélsé par les tros étapes représentées en page suvante : 3.1. Reprodure sur votre cope, l étape n 1 de ce mécansme et représenter la (ou les) flèche(s) courbe(s) qu rend(ent) compte de l obtenton de l ntermédare A. Justfer votre schéma. (2 pts) En observant le produt, on remarque qu une lason C N s est formée. Il y a donc eu un mouvement de doublet entre ces deux atomes. L atome d azote N est un ste donneur de doublets d électrons (cf 2.) tands que l atome de carbone auquel l se le est un ste accepteur car l est lé à deux atomes d oxygène O plus électronégatfs et possède donc une charge partelle postve. Il y a auss un mouvement de l un des doublets consttuant la lason double C=O vers l atome d oxygène qu prend une charge négatve et l y a rupture de lason Indquer la catégore de chacune des réactons des tros étapes du mécansme. (2 pts) L étape 1 est une réacton d addton (2 réactfs et un seul produt et la lason double se transforme en lason smple). L étape 2 est une réacton d élmnaton (un seul réactf et deux produts la lason smple se transforme en lason double). L étape 3 est une réacton acdo-basque. L atome d azote cède un proton H qu est accepté par le O de l on éthanoate. 4. Un autre déplacement de doublets d électrons pourrat ntervenr dans l étape 1 et produre un ntermédare B dfférent de l ntermédare A Représenter ce déplacement de doublets d électrons, en reprodusant sur votre cope cette premère étape qu condurat à l ntermédare B. (1 pt) L atome d oxygène O du para-amnophénol étant auss un ste donneur d électrons (cf 2.), on peut magner le mécansme suvant : 2/6

3 3/6 Intermédare B

4 4.2. À partr de cet ntermédare B, et en supposant deux étapes analogues aux étapes 2 et 3, donner la formule topologque du produt fnal E qu serat alors formé. (2 pts) En supposant que les étapes 2 et 3 soent analogues, on obtendrat le produt E suvant : Rasonnement non exgé, mas utle pour ben comprendre. Étape 2 : + ntermédare B Étape 3 : + + Produt fnal E 5. En réalté, seul le paracétamol est obtenu lors de la mse en œuvre de ce protocole de synthèse. Quelle proprété possède donc cette réacton entre le para-amnophénol et l anhydrde éthanoïque? (1 pt) On en dédut que cette réacton est sélectve (parm les deux fonctons présentes dans le paraamnophénol, seules l une réagt avec l anhydrde éthanoïque). 6. Analyse du protocole expérmental Donner un nom à chacune des cnq phases du protocole expérmental de synthèse ms en œuvre au laboratore. (2,5 pts) Phase 1 : Dssoluton du para-amnophénol (favorsée dans une soluton aqueuse de d acde éthanoïque chaud vor données physco-chmques) Phase 2 : Réacton (accélérée par un chauffage à reflux). Phase 3 : Isolement du paracétamol (par crstallsaton pus fltraton sous vde). Phase 4 : Purfcaton du paracétamol (par recrstallsaton). Phase 5 : Identfcaton et vérfcaton de la pureté du paracétamol (par CCM) À l ade de vos connassances et des documents fourns, justfer le chox des technques utlsées dans les phases 3 et 4 du protocole expérmental, en rédgeant un texte précs et concs. (2,5 pts) Phase 3 : Le paracétamol synthétsé est dssous dans le mleu réactonnel ntalement chaud. En refrodssant le mleu réactonnel, la solublté du paracétamol dmnue et l va précpter (crstallsaton). 4/6

5 Enfn, on fltre sur Büchner (fltraton plus rapde grâce à l aspraton) pour récupérer les crstaux de paracétamol. On le rnce avec un mnmum d eau glacée pour évter au maxmum de le dssoudre à nouveau lors de cette étape de nettoyage (le paracétamol étant peu soluble dans l eau glacée). Phase 4 : En rajoutant 20 ml d eau dstllée, l anhydrde éthanoïque n ayant éventuellement pas réag se transforme alors en acde éthanoïque soluble dans l eau. La recrstallsaton repose sur la dfférence de solublté du paracétamol et d autres espèces consdérées comme des mpuretés dans le même solvant. Lors de l ajout d eau et du chauffage, le paracétamol et les mpuretés se dssolvent. Pus lors du refrodssement, seules les mpuretés restent solubles. Le paracétamol est recuell dans le fltre. Remarque : l faudrat que le para-amnophénol sot le réactf lmtant, ans l serat totalement consommé. Enfn le séchage sert à élmner les dernères traces d eau Détermner la masse maxmale de paracétamol qu peut être obtenue à partr du protocole expérmental ms en œuvre. Explcter votre démarche pour la détermner. (3 pts) Il faut détermner le réactf lmtant la transformaton. Détermnons les quanttés de matère ntales de chaque réactf. Quantté de matère de para-amnophénol «réactf A» : m(a) n(a) = M(A) n(a) = 2,7 109 = 2,510 2 mol = 25 mmol Quantté de matère d anhydrde éthanoïque «réactf B» : 1 m(b) n(b) = M(B) = (B) V(B) gml.. ml ( mol ) 1 M(B) gmol. 1,08 3,5 n(b) = = 3,710 2 mol = 37 mmol 102 Rq : une densté de 1,0 correspond à une masse volumque de 1,0 kg.l -1 sot 1,0 g.ml -1 En tenant compte des nombres stœchométrques, n(a) n(b) donc le réactf lmtant est A, le 1 1 para-amnophénol. Ans, la quantté maxmale de paracétamol serat n(paracétamol) max n(a) 1 1 (en tenant compte des nombres stœchométrques). La masse maxmale de paracétamol serat donc m(paracétamol) max =n(a) M(paracétamol) m(paracétamol) max = 2, = 3,8 g Exercce II : La RMN en archéologe (9 pts) 1. Etude des molécules 1.1. Le nom systématque de l acde lactque est : Acde 2-hydoxypropanoïque 1.2. Précser, pour chacune des molécules d acde lactque et d acde ctrque, s elle admet des stéréosomères de confguraton. S ou, précser le type de stéréosomére et donner la représentaton spatale des stéréosomères. (3 pts) 5/6

6 La molécule d acde lactque possède un seul atome de carbone asymétrque (c est-à-dre lé à 4 substtuants dfférents). Elle est donc chrale et admet deux stéréosomères de confguraton qu sont deux énantomères mages l un de l autre dans un mror plan et non superposables. La molécule d acde ctrque ne possède pas de carbone asymétrque, elle est achrale et n admet pas de stéréosomères de confguraton. (Elle n admet pas non plus des dastéréosomères de type Z E) 2. Analyse et synthèse de documents À partr de tous les documents fourns et de vos connassances personnelles, dentfer quelle peut être la bosson présente dans cette cruche en justfant clarement la démarche suve. (6 pts) On cherche à dentfer la bosson contenue dans la cruche. On va donc analyser les spectres RMN pour dentfer certanes des molécules présentes. Remarque : Dans la courbe d ntégraton représentée dans chaque spectre, la hauteur du saut entre deux palers est proportonnelle au nombre de protons équvalents assocés au sgnal consdéré. Dans les tableaux d analyse des spectres RMN, «h» correspond à la hauteur relatve du paler de la courbe d ntégraton. Analyse du spectre RMN de la substance n 1 : (Doc 3) : On constate la présence de 3 sgnaux. Sgnal δ(ppm) h Interprétaton Sngulet 3,7 1 1 proton sans vosn appartenant à un groupe hydroxyle R- OH Quadruplet 3,3 2 2 protons équvalents avec 3 vosns Trplet 1,2 3 3 protons équvalents avec 2 vosns On cherche donc une molécule relatvement smple possédant un groupe hydroxyle et seulement 2 autres groupes de protons équvalents. CH 3 -CH 2 -OH Or parm toutes les molécules proposées dans le doc 1 seul l éthanol peut donner un tel spectre. Analyse du spectre RMN de la substance n 2 : (Doc 4) : On constate la présence de 3 sgnaux. Sgnal δ(ppm) h Interprétaton Sngulet 12,0 1 1 proton sans vosn appartenant à un groupe carboxyle -COOH Quadruplet 2,3 2 2 protons équvalents avec 3 vosns Trplet 1,0 3 3 protons équvalents avec 2 vosns Or parm les molécules proposées dans le doc 1 seul l acde propanoïque peut donner un tel spectre. CH 3 CH 2 - C OH O 6/6

7 Analyse du spectre RMN de la substance n 3 : (Doc 5) : On dénombre 6 sgnaux. Sgnal δ(ppm) h Interprétaton Sngulet 11,5 1 1 proton sans vosn appartenant à un groupe carboxyle -COOH Quadruplet 2,4 1 1 proton avec 3 vosns Septuplet 1,9 1 1 proton avec 6 vosns Quntuplet 1,5 2 2 protons équvalents avec 4 vosns Trplet 0,9 3 3 protons équvalents avec 2 vosns Doublet 0,8 6 6 protons équvalents avec 1 vosn CH 3 Le septuplet nous amène donc à chercher une chane ramfée CH 2 H 3 C (condton pour avor 6 vosns), le doublet correspond sans doute à CH CH - C deux groupements CH 3 lés à un CH, et la molécule dot de plus H 3 C comporter un groupement carboxyle. Or parm les molécules du doc 1 seul l acde 2-éthyl-3-méthyl-butanoïque semble correspondre Au fnal avec la présence dentfée d éthanol, d acde propanoïque et d acde 2-éthyl-3-méthylbutanoïque, la bosson contenue dans la cruche état très probablement du rhum. Toutefos l reste possble que d autres bossons que le rhum pussent posséder des molécules donnant les spectres obtenus. De plus seules tros molécules ont pu être solées par dstllaton fractonnée et analysées par spectroscope RMN, or le rhum en content beaucoup plus. Donc des analyses complémentares semblent nécessares. OH O OH O 7/6