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Synthèses organiques |
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DS 01 (30 min) Un ester à l’odeur de rhum : DS 02 : (30 min) Synthèse de la testostérone : Préparation à l’ECE : Synthèse d’un ester à l’odeur de jasmin |
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L’industrie agroalimentaire met sur le marché de nombreux produits à l’odeur de rhum mais, pour des raisons économiques, beaucoup ne contiennent pas de « rhum ». Ces produits doivent leur odeur à un ester Y que l’on peut synthétiser. La transformation est modélisée par deux réactions opposées dont l’équation s’écrit :
Le milieu réactionnel est ici constitué d’un mélange d’espèces
liquides miscibles, dans ce cas le quotient de réaction s’écrit :
Partie I : Réactifs et produits 1.
Groupes caractéristiques : a.
Repérer les groupes caractéristiques présents
dans les réactifs A et
B. Associer à chacun d’eux une famille fonctionnelle. b.
Déterminer la formule brute de l’ester
synthétisé. c.
Nommer l’ester Y et les réactifs A
et B. Partie II : Transformation 1 Dans un ballon contenant 1,20 mol de B, 4 gouttes d’acide sulfurique concentré et quelques grains de pierre ponce, on ajoute 1,20 mol de A
(système S1). On chauffe à reflux jusqu’à ce qu’il n’y ait plus d’évolution dans le
milieu réactionnel. Le graphe ci-après représente les quantités de matière des réactifs
et des produits à l’état initial et à l’état final.
2.
Transformation 1 : a.
Formuler une hypothèse sur le rôle de l’acide
sulfurique. Justifier. b.
Citer les deux opérations permettant d’augmenter
la vitesse de formation de Y. c.
Calculer le rendement
η1 de la synthèse ainsi que la constante d’équilibre
K associée à l’équation. Partie III : Transformation 2 On considère un nouveau système S2 que l’on chauffe
à reflux. Ce dernier ne diffère de S1 que par une donnée : on introduit 2,4 mol de A à
la place de 1,2 mol. Quand l’état d’équilibre est atteint, il reste 1,4 mol de
A. 3.
Transformation 2 : a.
Justifier, sans calcul, que le nouveau rendement
η2 est supérieur à η1. b.
Vérifier cette prévision en calculant η2. Partie IV : Transformation 3 On réalise à présent le montage schématisé ci-dessous. Les quantités initiale de réactifs sont identiques à celles
introduites dans la transformation 1.
4.
Transformation 3 : a.
Donner la nature la nature du liquide recueilli
dans l’éprouvette. Justifier. b.
Justifier pourquoi les conditions expérimentales
de cette synthèse permettent d’obtenir un rendement η3
supérieur à η1.
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Données :
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DS 02 : (30 min) Synthèse de la
testostérone : La testostérone est la principale sexuelle mâle. Les ressources naturelles sont beaucoup trop limitées pour satisfaire aux besoins de la médecine et de la recherche. C’est pourquoi elle est synthétisée en laboratoire. Le schéma ci-dessous détaille les principales étapes de sa synthèse à
partir d’un dérivé du cholestérol.
1.
Formule chimique :
a.
Déterminer la formule topologique d’une
molécule de l’espèce D et de la testostérone.
b.
Proposer des réactifs permettant
d’effectuer les étapes (2) et (5). 2. Indiquer la catégorie de réaction (addition, élimination, substitution, acide-base) correspondant à chacune des six étapes.
Justifier que l’étape (2) correspond aussi à une
oxydation et
l’étape (5) à une oxydation.
3.
:
a.
Identifier les étapes de déprotection.
b.
Justifier l’utilité de l’étape (1) en
donnant la formule du produit C’ que l’on aurait obtenu à l’issu
de
l’étape (3) si l’étape (1) n’avait pas eu lieu.
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Données :
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Formule brutes :
A : C23H36O2 ;
B :
C30H38O2 ;
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D :
C26H34O3 ;
E :
C26H32O3
-
Testostérone : C19H28O2
-
Tableau :
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Partie I : Réactifs et produits 1.
Groupes caractéristiques : a.
Groupes caractéristiques présents dans les
réactifs A et
B et famille fonctionnelle.
b.
Formule brute de l’ester synthétisé.
c.
Nom de l’ester Y et des réactifs A
et B.
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Ester
Y :
Méthanoate d’éthyle
-
Réactif
A : éthanol
-
Réactif
B : acide méthanoïque Partie II : Transformation 1 2.
Transformation 1 : a.
Rôle de l’acide sulfurique.
-
L’acide sulfurique est introduit en
petite quantité et il n’apparaît pas dans le bilan de la réaction.
-
Les ions
H+ provenant de
l’acide sulfurique catalyse la réaction d’estérification. b.
Deux opérations permettant d’augmenter la
vitesse de formation de Y.
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Pour augmenter la vitesse de formation
d’un produit, on peut :
-
Chauffer le milieu réactionnel avec un
montage de chauffage à reflux ;
-
Augmenter la concentration des réactifs ;
-
Utiliser un catalyseur. c.
Rendement η1 de la synthèse et
constante d’équilibre K associée à l’équation.
-
Rendement de la synthèse : - On appelle rendement, noté η, de la synthèse, le quotient de la quantité de produit Y effectivement obtenue n (Y)
par la quantité maximale
attendue nmax :
-
-
Tableau d’avancement :
-
L’exploitation du graphique donne le
tableau d’avancement suivant
-
-
Valeur de la constante de réaction
K :
-
Partie III : Transformation 2 3.
Transformation 2 : a.
Nouveau rendement η2.
-
On peut améliorer le rendement d’une
réaction limitée en ajoutant :
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Un excès de l’un des réactifs de la
réaction,
-
Dans le cas présent, on augmente la
quantité initiale de l’espèce
A (on introduit 2,4 mol de
A
à la place de 1,2 mol).
-
En conséquence, on augmente le rendement
de la réaction. Il se calcule par rapport au réaction limitant. b.
Vérification de cette prévision en calculant
η2.
-
Tableau d’avancement :
-
Rendement
η2 :
-
-
η2 > η1 Partie IV : Transformation 3 4.
Transformation 3 : a.
Nature du liquide recueilli dans l’éprouvette.
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Au cours de la distillation fractionnée,
les réactifs et les produits se vaporisent et monte dans la colonne à
distillée.
-
Au cours de l'ascension, le mélange
s'enrichi en corps le plus volatil (ici l'ester
Y :
Téb
= 57 ° C).
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En tête de colonne, on obtient le corps
le plus volatil pratiquement pur.
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Le distillat est ensuite condensé grâce
au réfrigérant.
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le liquide recueilli dans l’éprouvette
est l’ester
Y. b.
Rendement η3.
-
Le rendement est proche de 1, car on
extrait l'ester
Y au fur et à mesure qu'il se
forme.
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Le système évolue de façon continue dans le sens direct de l’écriture de
l’équation.
-
On déplace l'équilibre dans le sens de
l'estérification.
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à un alcool
secondaire
).
