Représenter des formules topologiques :

Représenter les formules topologiques correspondant aux formules semi-développées ci-dessous :

Représenter des formules topologiques :

Formules topologiques correspondant aux formules semi-développées ci-dessous :

	Formule semi-développée	Formule  topologique
a	2,2-diméthylbutane
b	Octan-2-one
c	2-méthylbutan-2-ol
d	Acide 2,2-diméthylpropanoïque

Reconnaître un groupe caractéristique :

1.  Repérer les groupes caractéristiques présents dans chaque molécule dont les formules sont données ci-dessous.

Associer à chacun d’eux une famille fonctionnelle.

2.  Pour chaque molécule, indiquer si son squelette carboné est saturé ou non.

Reconnaître un groupe caractéristique :

1.  Les groupes caractéristiques présents dans chaque molécule.

2.  Squelette carboné est saturé ou non.

Justifier des noms :

On donne ci-dessous les formules topologiques de deux molécules et le nom des espèces associées.

Identifier des isomères de constitution :

a
b
c

Optimiser un rendement et une vitesse :

On synthétise l’espèce C grâce à une transformation lente modélisée par deux réactions opposée :

L’équation s’écrit :

A (ℓ) + B (ℓ)    C (ℓ) + D (ℓ)

La constante d’équilibre associée à l’équation est notée K

1.  Proposer deux opérations permettant d’augmenter la vitesse de formation de l’espèce C.

2.  Proposer deux méthodes d’optimisation du rendement de cette synthèse. Justifier.

Optimiser un rendement et une vitesse :

A (ℓ) + B (ℓ)  C (ℓ) + D (ℓ)

La constante d’équilibre associée à l’équation est notée K

1.  Les deux opérations permettant d’augmenter la vitesse de formation de l’espèce C.

►  Les facteurs cinétiques d’une réaction chimique :

-  De façon générale,

-  l’évolution d’un système chimique est d’autant plus rapide que la température du mélange réactionnel est élevée ;

-  l’évolution d’un système chimique est d’autant plus rapide que les concentrations des réactifs sont élevées.

►  Le catalyseur :

-  Dans certaines réactions, la présence en faible quantité, d’une substance chimique  spécifique, différente des réactifs,

peut accélérer l’évolution du système chimique.

►  Pour augmenter la vitesse de de formation de l’espèce C :

-  On augmente la température du mélange réactionnel (chauffage à reflux).

-  On utilise un catalyseur.

2.  Les deux méthodes d’optimisation du rendement de cette synthèse.

►  Le rendement d’une réaction chimique :

-  On appelle rendement, noté η, de la synthèse, le quotient de la quantité de produit P effectivement obtenue n_P

par la quantité maximale attendue n_max :

-   

-  Si la synthèse du produit demande plusieurs étapes, le rendement de la synthèse

est égal au produit des rendements de chaque étape.

-  Le rendement est défini par rapport au réactif limitant.

►  Augmentation du rendement d’une réaction chimique :

-  On peut améliorer le rendement d’une réaction limitée en ajoutant :

-  Un excès de l’un des réactifs de la réaction (le moins cher),

-  Ou en éliminant un des produits de la réaction (distillation fractionnée : lorsque cela est possible).

►  Déplacement d’équilibre : élimination d’un des produits 

-  Quotient de réaction :

-   

-  Au départ, on part des réactifs  A (ℓ) et B (ℓ) : [C]_i = [D]_i = 0 mol . L^–1

-  Q_r,i = 0

-  Équation de la réaction :

-  Q_r,i < K, la réaction évolue dans le sens direct jusqu’à atteindre l’équilibre chimique :

-  Alors :

-   

-  Or : On considère que les espèces sont miscibles

-   

-  La grandeur V représente de volume du mélange réactionnel.

-   

-  Le quotient de réaction :

-   

-  Si on élimine l’espèce C au fur et à mesure qu’elle se forme,  

-  Alors :

-  Q_r, < K

-  Le système évolue de façon continue dans le sens direct de l’écriture de l’équation.

-  Le rendement est proche de 100 %.

Compléter des étapes d’une synthèse :

1.  Déterminer les formules topologique des molécules des espèces A et B.

2.  Pour chaque étape décrite ci-dessus, le but recherché est une modification de groupe caractéristique. Justifier.

Compléter des étapes d’une synthèse :

1.  Formules topologique des molécules des espèces A et B.

►  Réaction d’estérification :

-  La réaction est catalysée par les ions H⁺ et accélérée par une élévation de la température (chauffage Δ).

-  Cette réaction fait intervenir un acide carboxylique et un alcool.

-  L’acide carboxylique : acide propanoïque

-  La molécule A est un alcool primaire le méthanol : CH₃ – OH

-  L’ester formé : propanoate de méthyle.

-  Il est utilisé dans l’industrie alimentaire et la parfumerie comme arôme.

-  Il possède une odeur de fruit avec une touche de rhum.

-  Réaction d’élimination :

-  Le cyclohexan-1-ol est déshydraté en présence d'acide sulfurique concentré

et d'acide phosphorique pour donner du cyclohexène.

Cyclohexanol  Cyclohexène

2.  Modification de groupe caractéristique. Justifier.

-  Pour la réaction d’estérification, on passe de

 la fonction acide carboxylique et alcool (R – OH) à

 la fonction ester .

-  Pour la réaction d’élimination (déshydratation) on passe d’un alcool  (R – OH) à

un alcène après élimination d’une molécule d’eau.

Attribuer une catégorie de réaction :

On décrit ci-dessous deux étapes d’une synthèse.

1.  Attribuer une catégorie (addition, élimination, substitution, acide-base) à chacune des réactions décrites ci-dessus.

2.  Justifier que la première réaction correspond aussi à une réaction de réduction.

Attribuer une catégorie de réaction :

1.  Catégorie de chacune des réactions :

-  Réaction 1 :

Représenter un motif :

Le polychlorure de vinyle (PVC) est un polymère synthétique.

Dans le bâtiment, il est utilisé pour la confection des fenêtres et des canalisations.

On représente ci-dessous une partie de la formule topologique d’une de ses macromolécules :

1.  Définir le terme polymère.

2.  Représenter le motif du PVC.

3.  Nommer un autre polymère synthétique et donner son application.

Quelques réactions de synthèse :

On donne ci-dessous 7 écritures simplifiées de réactions de synthèse :

a.     

b.    

c.    

d.  

e.   :

f.   

1.  Écrire les formules topologiques des molécules des espèces notées J, K et L.

2.  Recopier les formules topologiques des réactifs A, B, C, G, J, K et L.

repérer les groupes caractéristiques présents puis nommer la famille fonctionnelle associée.

3.  Les réactions :

a.  Déterminer les réactifs permettant de réaliser les transformations a., e., f..

b.  Déterminer les formules topologiques des molécules des espèces D , F, H et I.

4.  La transformation non totale b. est catalysée par l’ATPS.

Déterminer le sous-produit de la réaction et proposer une méthode permettant d’optimiser le rendement de la synthèse.

5.  La transformation f. Conduit à la formation de deux isomères de constitution M et M’.

Donner la formule topologique de M’.

6.  Justifier que la transformation a. correspond à une réaction d’oxydoréduction.

7.  Type de réaction :

a.  Identifier, dans la liste de réaction ci-dessus, une réaction d’élimination, d’addition et de substitution.

b.  Identifier, dans la liste, une réaction dont le but est :

-  Une modification de chaîne ;

-  Une modification de groupe.

Le nylon-6,6 :

A.  Le nylon-6,6 :

Le nylon-6,6 est un polyamide obtenu par une réaction de polymérisation, il est utilisé comme « soie synthétique ».

Cette fibre présente une meilleure élasticité que les fibres naturelles.

Le nylon-6,6 est obtenu par réaction entre l’hexane-1,6-diamine et l’acide hexanedioïque

On donne ci-dessous les formules topologiques des réactifs et d’une macromolécule du polymère.

B.  Recyclage du nylon.

Le procédé d’ammonolyse permet de recycler du nylon, le cœur du procédé est la dépolymérisation.

Le nylon réagit avec un excès d’ammoniac entre 300 ° C et 350 ° C,

à des pressions comprises entre 35 et 175 bars en présence d’un catalyseur au phosphate.

Les produits obtenus correspondent à un mélange de monomères et d’eau.

D’après le site Ademe.fr

1.  Exploitation des formules :

a.  Recopier les formules topologiques des molécules des réactifs, repérer les groupes caractéristiques puis nommer la famille fonctionnelle correspondante.

b.  Justifier le nom de chacun des réactifs.

c.  Nommer la catégorie (addition, élimination, substitution) de la réaction de synthèse du nylon-6,6.

2.  Le polymère :

a.  Justifier le nom de polyamide donné au nylon-6,6.

b.  Déterminer la formule semi-développée du motif du nylon-6,6.

3.  Citer un autre polymère synthétique et un polymère naturel.

4.  Le polymère (suite) :

a.  Dans la formule du polymère, n est appelé degré de polymérisation.

Il est possible de déterminer la masse molaire M du polymère et donc le degré de polymérisation n par chromatographie.

Rappeler le principe de la chromatographie sur couche mince.

b.  Calculer la masse molaire du motif du nylon-6,6.

c.  On détermine expérimentalement M = 1,2 × 10⁵ g . mol^–1. En déduire le degré de polymérisation n.

5.  Pour la réaction d’ammonolyse :

a.  Donner la formule du réactif secondaire mis en jeu.

b.  Indiquer l’intérêt d’éliminer en continu l’eau du milieu réactionnel.

c.  Expliquer le rôle du catalyseur.

-  Données :

-  Masses molaires :

-  M (C) = 12,0 mol . L^–1 ; M (O) = 16,0 mol . L^–1 ;

-  M (N) = 14,0 mol . L^–1 ; M (H) = 1,01 mol . L^–1 

Le nylon-6,6 :

1.  Exploitation des formules :

a.  Formules topologiques des molécules des réactifs, groupes caractéristiques, la famille fonctionnelle correspondante.

-  Molécule d’acide hexanedioïque (acide carboxylique).

-  Molécule d’hexane-1,6-diamine (amine)

b.  Justification du nom de chacun des réactifs.

-  Molécule d’c :

-  Molécule d’hexane-1,6-diamine :

c.  Nom de la catégorie de la réaction de synthèse du nylon-6,6.

-  Réaction de polycondensation : il y a élimination de molécules d’eau

2.  Le polymère :

a.  Justification du nom de polyamide donné au nylon-6,6.

-  Le nylon-6,6 possède des groupes amide :

-  C’est un polyamide.

b.  Formule semi-développée du motif du nylon-6,6.

3.  Autre polymère synthétique et un polymère naturel.

-  Le PVC : Polychlorure de vinyle

-  La soie :

-  La soie est une fibre protéique naturelle.

-  La soie brute est constituée d'environ 65% de fibroïne, un polypeptide relativement simple.

-  La fibroïne de la soie du bombyx du mûrier est une protéine fibreuse constituée de 17 aminoacides principaux.

-  Elle est très riche en glycine (38%), alanine (25%), sérine (13%) tyrosine (12%),...

-  la cellulose : c’est une chaîne linéaire constituée de molécules de glucose (D-glucose)

4.  Le polymère (suite) :

a.  Principe de la chromatographie sur couche mince.

-  La chromatographie permet de séparer les espèces chimiques présentes dans un mélange homogène.

-  Elle est basée sur la différence de solubilité d’une substance dans deux phases non miscibles :

-  La phase stationnaire (ou fixe) et la phase mobile.

-  Dans la chromatographie sur CCM,

-  La phase fixe est constituée par une fine couche de silice hydratée

-  La phase mobile est un solvant dans lequel les constituants du mélange sont plus ou moins solubles.

-  L’éluant migre le long de la phase fixe par capillarité en entraînant plus ou moins rapidement les constituants du mélange à analyser. 

-  C’est le phénomène d’élution.

-  La séparation des composants, entraînés par la phase mobile résulte de leur différence de solubilité entre les deux phases.

-  Les composés dissous déposés se fixent sur la phase fixe pour s’en arracher et monter avec la phase mobile.

-  Chaque constituant du mélange se déplace avec sa propre vitesse derrière le front du solvant.

-  Ainsi, on peut séparer et identifier les différents constituants d'un mélange.

b.  Masse molaire du motif du nylon-6,6.

-  M (motif) =  M (C₁₂H₂₂O₂N₂)

-  M (motif) = 12 M (C) + 2 M (O) + 2 M (N) + 22 M (H)

-  M (motif) ≈ 226 g . mol^–1.

c.  Degré de polymérisation n.

-  M = 1,2 × 10⁵ g . mol^–1.

-  M = n . M (motif)

-   

5.  Pour la réaction d’ammonolyse :

a.  Formule du réactif secondaire mis en jeu.

-  Le nylon réagit avec un excès d’ammoniac : NH₃

b.  Intérêt d’éliminer en continu l’eau du milieu réactionnel.

-  En éliminant l’eau au fur et à mesure, on déplace l’équilibre dans le sens de la réaction d’ammonolyse et on augmente le rendement de la réaction.

c.  Rôle du catalyseur.

-  Le catalyseur augmente la valeur de la vitesse de la réaction d’ammonolyse.

-  Il accélère la réaction, il ne déplace pas l'équilibre.