Samedi 17 octobre 2009 DS n 2 Architecture de la Matière et Chimie Organique Correction Durée : 2 heures. Autour de l azote

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1 Samedi 17 octobre 009 DS n Architecture de la Matière et himie rganique orrection Durée : heures Partie 1 : Autour de l azote 1. 1 : 7 protons + 7 neutrons ; 15 : 7 protons + 8 neutrons.. 1s s p.. Valeurs des quatre nombres quantiques pour chaque électron : électron n (n > 0) 1 1 l (0 l n-1) m l (-l ml +l) m s (s = ±1/) 1/ -1/ +1/ -1/ +1/ + 1/ + 1/. La dernière sous-couche remplie est la s : l azote est donc dans la deuxième ligne. 5. uméros atomiques des trois éléments appartenant au même groupe (colonne) que l'azote et qui le suivent dans la classification périodique : Z1 = 7+8 = 15 Z = = Z = = 51 Méthode : on ajoute le nombre d éléments dans la ligne qui suit : 8 dans la ligne et 18 dans les lignes et Formules de Lewis des ions nitrate et ammonium : 7. Formes mésomères de l'anion nitrate : es trois formes mésomères ont un poids équivalent, ainsi, toutes les liaisons - ont même longueur : elles sont partiellement doubles (poids 1/) et partiellement simples (poids /). Une PSI A - PSI B IMIE - DS n 1

2 liaison double étant plus courte qu une simple, leur longueur est donc inférieure à celle d une liaison simple VSEPR des ions : - : type AX E 0 Géométrie : Triangulaire plan ( = 10 ) + : type AX E 0 Géométrie : Tétraédrique ( = ) 9. Ecrire l équilibre acide-base ammonium/ammoniac : Descriptif VSEPR AX p E q de l atome d azote dans l ammoniac + géométrie : : Type AX E 1 Géométrie : Pyramide à base triangulaire ( < du fait que la répulsion entre un doublet non liant et un doublet liant est plus importante qu entre deux doubles liants) 11. Dans la molécule d'ammoniac, on trouve deux angles caractéristiques : 107 et 11 : n vient d expliquer que < du fait que la répulsion entre un doublet non liant et un doublet liant est plus importante qu entre deux doubles liants, ainsi on peut attribuer la valeur de 107 aux trois angles. L angle entre le doublet non liant (donc la verticale sur le schéma précédent) et les doublets liants et plus ouvert : d après les données, il vaut Sachant que la longueur des liaisons est 101 pm et que le moment dipolaire permanent de cette molécule vaut 1,7 D, calculons la charge portée par chacun des atomes de cette molécule : Le moment dipolaire de l ammoniac est égal à la somme vectorielle des moments dipolaires des trois liaisons -. µ = µ + µ + µ 1 La résultante étant verticale par symétrie, on peut donc calculer sa norme ainsi : µ = µ... u n 1 z + µ u n z + µ u n z µ = µ cos 68 ( ) + r, par définition : µ = δ d. µ Donc + δ = cos 68 d ( ) Application numérique : δ = cos ( ) PSI A - PSI B IMIE - DS n

3 δ L azote porte δ et les hydrogènes δ +. δ + Le pourcentage d ionicité est défini comme. e 1. Le pourcentage d ionicité de la liaison (calculé de manière similaire à partir de données sur la molécule d eau) est de %. omparons cette valeur à celle obtenue à la question précédente : % > 7%. La liaison - est donc plus ionique que la liaison -. ela est dans l ordre des choses puisque est plus électronégatif que. 1. Dans, étant plus électronégatif que, le moment dipolaire de la liaison - est dirigé vers ; dans F, F étant plus électronégatif que, le moment dipolaire de la liaison -F est dirigé vers. Dans chaque cas, la paire libre contribue au moment dipolaire total (de la paire vers ). Dans la polarité résultant de la présence de la paire libre renforce la polarité des liaisons - car elle est dans le même sens et dans F la polarité résultant de la présence de la paire libre annihile en partie la polarité des liaisons -F car elle est en sens inverse. Donc F a un moment dipolaire plus petit que celui de. Partie : Analyse d une molécule à symétrie ternaire ette molécule comporte trois fonctions nitriles et trois fonctions étheroxydes (RR ).. Formule de Lewis complète (en représentation topologique) :. Montrons que les oxygènes exercent un effet mésomère donneur +M sur les cycles benzéniques et que les exercent un effet mésomère attracteur M sur ces mêmes cycles en présentant une forme mésomère : PSI A - PSI B IMIE - DS n

4 l'étheroxyde donne des électrons au cycle benzénique : effet +M le nitrile attire les électrons du cycle benzénique : effet -M La formule brute prédit 18 insaturations : i = = 18, ce qui est bien en accord avec la formule topologique donnée car cette molécule comporte : insaturations par cycle benzénique et deux insaturations par fonction nitrile (une liaison i = + = 18. triple compte pour deux insaturations), donc : ( ) 6. Un isomère de chaîne de cette molécule : ou ou ou Un isomère de position de cette molécule : ou ou PSI A - PSI B IMIE - DS n

5 Partie : yclohexane polysubstitué 1) * * * ette molécule possède trois carbones asymétriques et pas d éléments de symétrie (ni plan ni centre de symétrie) donc = 8 stéréoisomères. ) Le menthol est constitué du couple d énantiomères correspondant à la conformation la plus stable parmi les stéréoisomères du -isopropyl-5-méthylcyclohexanol. Pour le premier énantiomère : onfomère le plus stable du -isopropyl-5-méthylcyclohexanol car tous les substituants sont équatoriaux, les gènes 1, -diaxiales sont donc minimisées Et pour le second : ) Le couple d énantiomères appelés néomenthol correspond à la deuxième conformation la plus stable. Pour le premier énantiomère : PSI A - PSI B IMIE - DS n 5

6 Deuxième confomère le plus stable du -isopropyl-5-méthylcyclohexanol : Seul l'hydroxyle est axial, ce qui est plus favorable énergétiquement qu'un méthyl ou un isopropyl axial d'après les données de l'énoncé. Et pour le second : Partie : Déshydratation Et ou Et. tbu tbu (La stéréochimie de n est pas précisée.) La conformation la plus stable est la conformation où les groupes les plus volumineux (Et et tbu) sont décalés ATI.. (E) -,-diméthylpen--ènoate d'éthyle PSI A - PSI B IMIE - DS n 6

7 Partie 5 : omenclature 1) -oxoheptandial. 5 l 1 ) Sur, le chlore est prioritaire sur le carbone. Sur, le phényle est prioritaire sur l isopropyle (trois contre deux et un sur l isopropyle). Isopropyle Phényle Partie 6 : Géométrie et polarité 1. AX E Molécule coudée (angle un peu inférieur à 109.5, car les doublets non liants exercent une répulsion supérieure aux liants) Le moment dipolaire est vertical par symétrie. Il est dirigé du barycentre des charges négatives vers le barycentre des charges positives. L'azote étant plus électronégatif que l'hydrogène, les hydrogènes portent une charge partielle positive. Le moment est ainsi vertical vers le bas. PSI A - PSI B IMIE - DS n 7

8 . libr AX E Molécule linéaire l I Br Le chlore étant plus électronégatif que le brome, il porte la charge partielle négative la plus importante. Le moment est ainsi dirigé vers le brome.. P P AX Molécule tétraédrique. Le tétraèdre est régulier (angle de ) car il existe formes mésomères identiques pour l'ion phosphate. Toutes les liaisons sont donc équivalentes. Le tétraèdre étant régulier, le moment dipolaire est nul.. AX Molécule linéaire Le moment dipolaire est dirigé de l'oxygène vers l'azote. l l l S l 5. Sl AX E 1 Tétraèdre irrégulier Le moment dipolaire est dans le plan horizontal dirigé dans la direction du doublet non liant par symétrie. Il est de plus dirigé des chlores vers le soufre car ce dernier est moins électronégatif. PSI A - PSI B IMIE - DS n 8