Post on 20-Jun-2020
Enseigner la chimie
Nouveau programme de terminale S
Journées académiques - Mai/Juin 2012
Image extraite du site http://www.ambafrance-cn.org/Inauguration-du-JoRISS-Symposium-Une-chimie-meilleure-pour-une-meilleure-vie.html
Observer Ondes et matière
Journées académiques - Mai/Juin 2012
Analyse spectrale
Notions et contenus Compétences exigibles
Spectres UV-visible
Lien entre couleur perçue et longueur d’onde au maximum
d’absorption de substances organiques ou inorganiques.
Mettre en œuvre un protocole expérimental pour
caractériser une espèce colorée.
Exploiter des spectres UV-visible.
Spectres IR
Identification de liaisons à l’aide du nombre d’onde
correspondant ; détermination de groupes
caractéristiques.
Mise en évidence de la liaison hydrogène.
Exploiter un spectre IR pour déterminer des groupes
caractéristiques à l’aide de tables de données ou de
logiciels.
Associer un groupe caractéristique à une fonction dans le
cas des alcool, aldéhyde, cétone, acide carboxylique, ester,
amine, amide.
Connaître les règles de nomenclature de ces composés
ainsi que celles des alcanes et des alcènes.
Spectres RMN du proton
Identification de molécules organiques à l’aide :
- du déplacement chimique ;
- de l’intégration ;
- de la multiplicité du signal : règle des (n+1)-uplets.
Relier un spectre RMN simple à une molécule organique
donnée, à l’aide de tables de données ou de logiciels.
Identifier les protons équivalents. Relier la multiplicité du
signal au nombre de voisins.
Extraire et exploiter des informations sur différents types
de spectres et sur leurs utilisations.
Spe
ctro
mét
rie
Journées académiques - Mai/Juin 2012
Document de cours sur eduscol
Comprendre Lois et modèles
Journées académiques - Mai/Juin 2012
Temps, mouvement et évolution
Notions et contenus Compétences exigibles
Temps et évolution chimique : cinétique et catalyse
Réactions lentes, rapides ; durée d'une réaction chimique.
Facteurs cinétiques. Évolution d'une quantité de matière
au cours du temps.
Temps de demi-réaction.
Catalyse homogène, hétérogène et enzymatique.
Mettre en œuvre une démarche expérimentale pour suivre
dans le temps une synthèse organique par CCM et en
estimer la durée. [1]
Mettre en œuvre une démarche expérimentale pour mettre
en évidence quelques paramètres influençant l’évolution
temporelle d’une réaction chimique : concentration,
température, solvant.
Déterminer un temps de demi-réaction.
Mettre en œuvre une démarche expérimentale pour mettre
en évidence le rôle d’un catalyseur. [3]
Extraire et exploiter des informations sur la catalyse,
notamment en milieu biologique et dans le domaine
industriel, pour en dégager l’intérêt. [4]
Journées académiques - Mai/Juin 2012
Cin
étiq
ue
[2]
[2]
Structure et transformation de la matière (1)
Notions et contenus Compétences exigibles
Représentation spatiale des molécules
Chiralité : définition, approche historique.
Représentation de Cram.
Carbone asymétrique.
Chiralité des acides a-aminés.
Énantiomérie, mélange racémique, diastéréoisomérie (Z/E, deux
atomes de carbone asymétriques).
Conformation : rotation autour d’une liaison simple ;
conformation la plus stable.
Formule topologique des molécules organiques.
Propriétés biologiques et stéréoisomérie.
Reconnaître des espèces chirales à partir de leur représentation.
Utiliser la représentation de Cram.
Identifier les atomes de carbone asymétrique d’une molécule
donnée.
À partir d’un modèle moléculaire ou d’une représentation
reconnaître si des molécules sont identiques, énantiomères ou
diastéréoisomères.
Pratiquer une démarche expérimentale pour mettre en évidence
des propriétés différentes de diastéréoisomères. [1]
Visualiser, à partir d’un modèle moléculaire ou d’un logiciel de
simulation, les différentes conformations d'une molécule.
Utiliser la représentation topologique des molécules organiques.
Extraire et exploiter des informations sur :
- les propriétés biologiques de stéréoisomères,
- les conformations de molécules biologiques,
pour mettre en évidence l’importance de la stéréoisomérie dans
la nature. [2]
Journées académiques - Mai/Juin 2012
Sté
réo
chim
ie
Structure et transformation de la matière (2)
Notions et contenus Compétences exigibles
Transformation en chimie organique
Aspect macroscopique :
- Modification de chaîne, modification de groupe
caractéristique.
- Grandes catégories de réactions en chimie organique
: substitution, addition, élimination.
Aspect microscopique :
- Liaison polarisée, site donneur et site accepteur de
doublet d’électrons.
- Interaction entre des sites donneurs et accepteurs de
doublet d'électrons ; représentation du mouvement
d’un doublet d’électrons à l’aide d’une flèche courbe
lors d’une étape d’un mécanisme réactionnel.
Reconnaître les groupes caractéristiques dans les alcool,
aldéhyde, cétone, acide carboxylique, ester, amine, amide.
Utiliser le nom systématique d’une espèce chimique
organique pour en déterminer les groupes caractéristiques
et la chaîne carbonée.
Distinguer une modification de chaîne d’une modification
de groupe caractéristique. [1]
Déterminer la catégorie d’une réaction (substitution,
addition, élimination) à partir de l’examen de la nature des
réactifs et des produits. [2]
Déterminer la polarisation des liaisons en lien avec
l’électronégativité (table fournie).
Identifier un site donneur, un site accepteur de doublet
d'électrons.
Pour une ou plusieurs étapes d’un mécanisme réactionnel
donné, relier par une flèche courbe les sites donneur et
accepteur en vue d’expliquer la formation ou la rupture de
liaisons. [3]
Journées académiques - Mai/Juin 2012
Ré
acti
vité
en
ch
imie
org
aniq
ue
Structure et transformation de la matière (3)
Notions et contenus Compétences exigibles
Réaction chimique par échange de proton
Le pH : définition, mesure.
Théorie de Brönsted : acides faibles, bases faibles ; notion
d’équilibre ; couple acide-base ; constante d’acidité Ka. Échelle
des pKa dans l’eau, produit ionique de l’eau ; domaines de
prédominance (cas des acides carboxyliques, des amines, des
acides a-aminés).
Réactions quasi-totales en faveur des produits :
-acide fort, base forte dans l’eau ;
-mélange d’un acide fort et d’une base forte dans l’eau.
Réaction entre un acide fort et une base forte : aspect
thermique de la réaction. Sécurité.
Contrôle du pH : solution tampon ; rôle en milieu biologique.
Mesurer le pH d'une solution aqueuse. [1]
Reconnaître un acide, une base dans la théorie de Brönsted.
Utiliser les symbolismes →, ← et ⇌ dans l’écriture des réactions
chimiques pour rendre compte des situations observées. [2]
Identifier l’espèce prédominante d’un couple acide-base
connaissant le pH du milieu et le pKa du couple.
Mettre en œuvre une démarche expérimentale pour déterminer
une constante d’acidité. [3]
Calculer le pH d’une solution aqueuse d’acide fort ou de base
forte de concentration usuelle.
Mettre en évidence l'influence des quantités de matière mises en
jeu sur l’élévation de température observée.
Extraire et exploiter des informations pour montrer l’importance
du contrôle du pH dans un milieu biologique. [4]
Journées académiques - Mai/Juin 2012
Ré
acti
on
s ac
ide
-bas
e
Agir Défis du XXIème siècle
Journées académiques - Mai/Juin 2012
Économiser les ressources et respecter l’environnement
Notions et contenus Compétences exigibles
Apport de la chimie au respect de l’environnement Chimie durable : - économie d’atomes ; - limitation des déchets ; - agro ressources ; - chimie douce ; - choix des solvants ; - recyclage.
Valorisation du dioxyde de carbone.
Extraire et exploiter des informations en lien avec :
- la chimie durable,
- la valorisation du dioxyde de carbone
pour comparer les avantages et les inconvénients de procédés
de synthèse du point de vue du respect de l’environnement. [1]
Contrôle de la qualité par dosage
Dosages par étalonnage :
- spectrophotométrie ; loi de Beer-Lambert ; - conductimétrie ; explication qualitative de la loi de
Kohlrausch, par analogie avec la loi de Beer-Lambert.
Dosages par titrage direct.
Réaction support de titrage ; caractère quantitatif.
Équivalence dans un titrage ; repérage de l'équivalence pour un
titrage pH-métrique, conductimétrique et par utilisation d’un
indicateur de fin de réaction.
Pratiquer une démarche expérimentale pour déterminer la
concentration d’une espèce à l’aide de courbes d’étalonnage en
utilisant la spectrophotométrie et la conductimétrie, dans le
domaine de la santé, de l’environnement ou du contrôle de la
qualité.
Établir l’équation de la réaction support de titrage à partir d’un
protocole expérimental.
Pratiquer une démarche expérimentale pour déterminer la
concentration d’une espèce chimique par titrage par le suivi
d’une grandeur physique et par la visualisation d’un changement
de couleur, dans le domaine de la santé, de l’environnement ou
du contrôle de la qualité.
Interpréter qualitativement un changement de pente dans un
titrage conductimétrique.
Journées académiques - Mai/Juin 2012
Ch
imie
ve
rte
– D
osa
ges
[2]
[2]
[2]
[2]
Synthétiser des molécules, fabriquer de nouveaux matériaux
Notions et contenus Compétences exigibles
Stratégie de la synthèse organique
Protocole de synthèse organique :
- identification des réactifs, du solvant, du catalyseur, des produits ;
- détermination des quantités des espèces mises en jeu, du réactif limitant ;
- choix des paramètres expérimentaux : température, solvant, durée de la réaction, pH ;
- choix du montage, de la technique de purification, de l’analyse du produit ;
- calcul d’un rendement ; - aspects liés à la sécurité ; - coûts.
Effectuer une analyse critique de protocoles expérimentaux
pour identifier les espèces mises en jeu, leurs quantités et les
paramètres expérimentaux.
Justifier le choix des techniques de synthèse et d’analyse
utilisées.
Comparer les avantages et les inconvénients de deux protocoles.
[2]
Sélectivité en chimie organique
Composé polyfonctionnel : réactif chimiosélectif, protection de
fonctions.
Extraire et exploiter des informations :
- sur l'utilisation de réactifs chimiosélectifs, [3]
- sur la protection d’une fonction dans le cas de la synthèse
peptidique,
pour mettre en évidence le caractère sélectif ou non d’une
réaction. [4]
Pratiquer une démarche expérimentale pour synthétiser une
molécule organique d’intérêt biologique à partir d’un protocole.
[5]
Identifier des réactifs et des produits à l’aide de spectres et de
tables fournis. [1]
Journées académiques - Mai/Juin 2012
Syn
thè
ses
org
aniq
ue
s
[1]
[1]
Stéréochimie et réactivité
Spectrométrie
Synthèses
Dosages
Réactions acide-base
Cinétique
Journées académiques - Mai/Juin 2012
Chimie verte
Créer et innover
Notions et contenus Compétences exigibles
Culture scientifique et technique ; relation
science-société.
Métiers de l’activité scientifique (partenariat avec
une institution de recherche, une entreprise, etc).
Rédiger une synthèse de documents pouvant
porter sur :
- sur l’actualité scientifique et technologique ;
- sur des métiers ou des formations scientifiques
et techniques ;
- sur les interactions entre la science et la société.
Journées académiques - Mai/Juin 2012
Cu
ltu
re s
cie
nti
fiq
ue
Merci de votre attention
Journées académiques - Mai/Juin 2012
Image extraite du site http://www.ccvc.umontreal.ca/
Suivi d’une synthèse par CCM
L’huile essentielle de jasmin, utilisée en parfumerie, est obtenue par extraction à partir des fleurs de jasmin. Cette huile contient environ 20% d’éthanoate de benzyle (ou acétate de benzyle). Vous disposez d’un protocole pour synthétiser l’éthanoate de benzyle. Par contre, aucune valeur n’est indiquée pour la durée de la transformation.
Journées académiques - Mai/Juin 2012
http://olharfeliz.typepad.com/photos/fleurs_2004/jasmin.html
Suivi d’une synthèse par CCM
Elaborez un protocole permettant d’évaluer l’instant à partir duquel la transformation est terminée, mettez le en pratique et estimez la durée de la réaction
Document 1 : protocole
• Dans un ballon bicol de 100 mL, introduire 15 mL de cyclohexane (solvant), 10,8 g d’alcool benzylique et 30 g d’anhydride éthanoïque.
• Chauffer
reflux.
Journées académiques - Mai/Juin 2012
Document 2 : données
Suivi d’une synthèse par CCM
• Chaque groupe effectue des prélèvements à des dates différentes et réalise la CCM avec des dépôts d’espèces de référence :
– alcool benzylique,
– éthanoate de benzyle.
• La CCM est réalisée avec un mélange acétate d'éthyle/cyclohexane en proportions 1/3 en volume.
Journées académiques - Mai/Juin 2012
Suivi d’une synthèse par CCM
OH
O
O
O
O
O
HO
O+ +
Journées académiques - Mai/Juin 2012
(A): alcool benzylique ; (1) : mélange avant reflux (2): t = 25 min ; (3) : t = 40 min ; (4) : t = 55 min ;
(5) : t = 65 min ; (E) : éthanoate de benzyle.
OH
Réactif Alcool benzylique
O
O
Produit Ethanoate de
benzyle
Suivi de l’hydrolyse de chlorure de tertiobutyle (version 1)
Le chlorure de tertiobutyle s’hydrolyse dans un mélange eau/éthanol (50/50) selon l’équation :
(CH3)3C-Cl(aq) + H2O(l) → (CH3)3C-OH(aq) + Cl–(aq) + H+(aq)
Quels paramètres expérimentaux peut-on modifier pour que cette réaction soit terminée plus rapidement ?
• Par groupe de 3 ou 4, réfléchir à la conception d’une expérience (durée : 20 min) ;
• Présenter à l’oral le projet d’expérience (par un membre du groupe, durée : 2 min) ;
• Réaliser les expériences puis présenter, en 2 min, les résultats obtenus.
Journées académiques - Mai/Juin 2012
Suivi de l’hydrolyse de chlorure de tertiobutyle (version 1)
• Le temps de demi-réaction est introduit comme la grandeur permettant de caractériser la rapidité à atteindre l’état final.
• Chaque groupe formule des hypothèses et propose un protocole.
• Un binôme est responsable de la vérification d’un ou plusieurs paramètres.
• L’évolution peut être déterminée à l’aide de la conductivité (grandeur introduite ici).
• Une synthèse orale permet de conclure quant à l’effet des paramètres sur la cinétique.
Journées académiques - Mai/Juin 2012
Journées académiques - Mai/Juin 2012
Elaboration d’hypothèses / argumentation
Situation déclenchante Issue du quotidien, énigme à résoudre …
Questionnement
Réinvestissement
Validation ou invalidation des hypothèses Par l’expérience, par l’étude documentaire, par des recherches …
Institutionnalisation
INVALIDATION VALIDATION
Suivi de l’hydrolyse de chlorure de tertiobutyle (version 2)
Le chlorure de tertiobutyle s’hydrolyse dans un mélange eau/éthanol (50/50) selon l’équation :
(CH3)3C-Cl(aq) + H2O(l) → (CH3)3C-OH(aq) + Cl–(aq) + H+(aq)
Montrer que le temps de demi-réaction dépend de la concentration, de la température et du solvant.
Renseignement :
Définition du temps de demi-réaction à l’aide d’un graphique
Journées académiques - Mai/Juin 2012
Suivi de l’hydrolyse de chlorure de tertiobutyle (version 2)
• L’activité permet d’introduire le temps de demi-réaction et de l’exploiter.
• La consigne est plus précise (on travaille moins la compétence « s’approprier »).
• Chaque groupe est responsable de la vérification d’un paramètre et propose un protocole.
• L’évolution peut être déterminée à l’aide de la conductivité (grandeur introduite ici).
• Une synthèse orale permet de conclure quant à l’effet des paramètres sur la cinétique.
Journées académiques - Mai/Juin 2012
Mettre en évidence le rôle d’un catalyseur
2 activités envisageables :
• une activité avec cette seule compétence disciplinaire
– Par exemple, dismutation de l’eau oxygénée avec ions fer(III), catalase (navet), platine ou argent…
• une activité associée à une autre compétence disciplinaire :
– Effectuer une analyse critique de protocoles expérimentaux pour identifier les espèces mises en jeu, leurs quantités et les paramètres expérimentaux [Agir - Synthétiser des molécules,
fabriquer de nouveaux matériaux]
Par exemple, étude de l’estérification.
Journées académiques - Mai/Juin 2012
Ancienne activité à réactualiser : Réactions d’estérification et d’hydrolyse d’un ester
Journées académiques - Mai/Juin 2012
Différentes conditions expérimentales : – Présence ou non d’un catalyseur
– Durée de la réaction
– Température
– Quantité de matière des réactifs
G r o u p e M é l a n g e s i n i t i a u x C o n d i t i o n s e x p é r i m e n t a l e s
1 É t h a n o l 1 m o l
A c i d e é t h a n o ï q u e 1 m o l
Q u e l q u e s m o i s à t e m p é r a t u r e a m b i a n t e
2 É t h a n o l 1 m o l
A c i d e é t h a n o ï q u e 1 m o l
A c i d e s u l f u r i q u e c o n c e n t r é ( 1 m L )
1 s e m a i n e à t e m p é r a t u r e a m b i a n t e
3 É t h a n o l 1 m o l
A c i d e é t h a n o ï q u e 1 m o l
P r é p a r a t i o n e n d é b u t d e s é a n c e e t à t e m p é r a t u r e a m b i a n t e
4 É t h a n o l 1 m o l
A c i d e é t h a n o ï q u e 1 m o l
A c i d e s u l f u r i q u e c o n c e n t r é ( 1 m L )
P r é p a r a t i o n e n d é b u t d e s é a n c e e t à t e m p é r a t u r e a m b i a n t e
5 É t h a n o l 1 , 3 3 m o l
A c i d e é t h a n o ï q u e 0 , 6 7 m o l
A c i d e s u l f u r i q u e c o n c e n t r é ( 1 m L )
1 s e m a i n e à t e m p é r a t u r e a m b i a n t e
6 É t h a n o l 1 m o l
A c i d e é t h a n o ï q u e 1 m o l
A c i d e s u l f u r i q u e c o n c e n t r é ( 1 m L )
P r é p a r a t i o n e n d é b u t d e s é a n c e , c h a u f f a g e à r e f l u x p e n d a n t 2 0 m i n
7 É t h a n o a t e d ' é t h y l e
1 m o l E a u
1 m o l A c i d e s u l f u r i q u e c o n c e n t r é ( 1 m L )
1 s e m a i n e à t e m p é r a t u r e a m b i a n t e
8 E a u
1 1 5 m L A c i d e s u l f u r i q u e c o n c e n t r é ( 1 m L )
i n d i f f é r e n t
Estérification et d’hydrolyse d’un ester : étude des spectres
Spectre IR de l’acide acétique Spectre IR de l’acétate d’éthyle
Journées académiques - Mai/Juin 2012
Disparition de la bande caractéristique du groupe hydroxyle –OH
Spectres extraits de : http://riodb01.ibase.aist.go.jp/sdbs/
C
O
OH
OH
O
O
H2O+ +
Estérification et d’hydrolyse d’un ester : étude des spectres
Spectre RMN de l’acide acétique Spectre RMN de l’acétate d’éthyle
Journées académiques - Mai/Juin 2012
Spectres extraits de : http://riodb01.ibase.aist.go.jp/sdbs/
Multiplets caractéristiques du groupe éthyle –CH2–CH3
Disparition du pic caractéristique du groupe –OH porté par l’acide
C
O
OH
OH
O
O
H2O+ +
Extraire et exploiter des informations sur la catalyse
• Référence : http://www.staps.univ-avignon.fr/S3/UE2/Physiologie/Digestion_excretion/Digestion_L2_Support_du_cours.pdf
• Lien possible avec l’enseignement de spécialité de SVT (glycémie).
Journées académiques - Mai/Juin 2012
Mettre en évidence des propriétés différentes de diastéréoisomères
Acide fumarique Acide (E)-butènedioïque
Acide maléique Acide (Z)-butènedioïque
Journées académiques - Mai/Juin 2012
Références : http://www.faidherbe.org/site/cours/dupuis/diaster.htm
http://departements.univ-reunion.fr/chimie/briere/TD2002-03/Molecules/serie6/SERIE%206.htm
Mettre en évidence des propriétés différentes de diastéréoisomères
• Des pistes pour une activité expérimentale :
– Mesurer le pH
– Mettre en évidence la différence de solubilité dans l’eau
– Déterminer une température de fusion
– Utiliser un logiciel de modélisation moléculaire
• Liens avec le programme de 1ère S :
– Chimie de la vision
– Réactions photochimiques
– Liaison hydrogène
– Polarité des liaisons
Journées académiques - Mai/Juin 2012
Mettre en évidence des propriétés différentes de diastéréoisomères
Caractéristiques physiques et chimiques
Acide fumarique Acide (E)-butènedioïque
Acide maléique Acide (Z)-butènedioïque
pKa1 ; pKa2 3,03 ; 4,44 1,83 ; 6,59
pH obtenu pour une solution à 0,10 mol · L– 1 2,0 1,4
Solubilité dans l’eau à 25 °C 6,3 g · L– 1 780 g · L– 1
Température de fusion 287 °C 131 °C
Journées académiques - Mai/Juin 2012
Mettre en évidence l’importance de la stéréoisomérie dans la nature
Journées académiques - Mai/Juin 2012
• Certains encadrés dans le « Traité de chimie organique », K.Peter C. VOLLHARDT et Neil E. SCHORE – Edition De Boeck – 4ème édition :
– « Produits naturels chiraux » p.168
– « Les stéréo-isomères de l’acide tartrique » p.183 (encadré historique)
– « Médicaments chiraux : mélanges racémiques ou molécules énantiomériquement pures ? » p.192-193
– « Pourquoi la nature est-elle douée de chiralité? » p.194-195
• Article de la revue du Palais de la découverte n°237, avril 96 – « Chiralité, vivant et médicament » par André COLLET
• Lien avec l’ancien programme de 1S de SVT : http://www.inrp.fr/Acces/biotic/gpe/dossiers/carboxypeptidase/html/synthese.htm#2
Les modifications de chaîne et de groupe caractéristique
Journées académiques - Mai/Juin 2012
On qualifie de modification de chaîne une étape de la synthèse organique pendant laquelle il y a apparition ou disparition d'une liaison (simple, double ou triple) entre deux atomes de carbone au sein de l’espèce chimique principale Une modification de chaîne peut avoir comme conséquence la création, la modification, la suppression de groupes caractéristiques.
On qualifie de modification de groupe caractéristique une étape de la synthèse organique pendant laquelle au sein de l’espèce chimique principale, il y a une création, une modification ou une suppression d’un groupe caractéristique, sans apparition ou disparition de liaison carbone-carbone.
N O 2
O x
N O 2
O H O
O H
N O 2
O O
N H 2
O O
étape 1 étape 2 étape 3
Les catégories de réaction en chimie organique
• Il s’agit d’une classification des réactions chimiques selon leur bilan c’est une classification MACROSCOPIQUE.
• Il s’agit d’une catégorisation obtenue par comparaison de la structure du réactif principal avec celle du produit principal.
• Le programme de TS distingue trois catégories:
Journées académiques - Mai/Juin 2012
Substitution Addition Elimination
Réaction de substitution Un atome (ou un groupe d’atomes) en remplace un autre dans la molécule initiale. Exemple n°1: formation d’un alcool à partir d’un halogènoalcane
Les catégories de réaction en chimie organique
Journées académiques - Mai/Juin 2012
Réactif principal Produit principal
ClH
OH
OH H Cl+ + +
Réaction de substitution un atome (ou un groupe d’atomes) en remplace un autre dans la molécule initiale. Exemple n°2: formation d’un ester (estérification)
Les catégories de réaction en chimie organique
Journées académiques - Mai/Juin 2012
Réactif principal Produit principal
C
O
OHOH
O
O
H2O+ +
Réaction d’addition Une molécule se scinde en deux fragments, qui se fixent sur une autre molécule. Exemple: formation d’un alcane
Les catégories de réaction en chimie organique
Journées académiques - Mai/Juin 2012
Réactif principal Produit principal
+C C
HH
H H
H H C C
H
H
HH
H
H
Réaction d’élimination Une molécule perd certains de ses atomes et il en résulte la création d’une liaison supplémentaire en son sein (liaison multiple, cyclisation). Exemple: formation d’un alcène à partir d’un alcool
Les catégories de réaction en chimie organique
Journées académiques - Mai/Juin 2012
Réactif principal Produit principal
+C C
HH
H H
H C
H
H
C
OH
H
HH
OH
Estérification
Attention aux confusions possibles dans le vocabulaire…
Journées académiques - Mai/Juin 2012
N O 2
O x
N O 2
O H O
O H
N O 2
O O
N H 2
O O
étape 1 étape 2 étape 3
Ne pas confondre la classe de la transformation (ici, une substitution) avec la nature des mécanismes réactionnels qui lui seront associés par la suite (ex : SN1, SN2, Add – Elimin (ici)).
Le mécanisme réactionnel est une construction théorique, étayée par des informations expérimentales, interprétant au niveau moléculaire le passage des réactifs aux produits lors d’une synthèse.
Réflexion intéressante sur les façons d’enseigner la chimie
Journées académiques - Mai/Juin 2012
Thèse de didactique de la chimie organique : Dr David LAFARGE, Analyse didactique de l'enseignement-apprentissage de la chimie organique jusqu'à bac+2 pour envisager sa restructuration) Téléchargement: http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00578419/fr/ On attire votre attention sur la richesse des idées dans le document annexe. Elles peuvent être directement appliquées en classe de terminale S (et STL…)
Interaction sites donneurs et accepteurs de doublet d’électrons
[Exercice extrait du sujet zéro n°1] 3. Étude du mécanisme de la synthèse de l’éther diéthylique Le mécanisme réactionnel proposé pour la réaction de déshydratation conduisant à l’éther diéthylique est proposé ci-dessous. Il comporte trois étapes. Étape (a) :
Étape (b) :
Étape (c) :
3.1. À l’aide de vos connaissances sur les sites donneurs et accepteurs de doublets d’électrons, expliquer l’étape (a) du mécanisme. Recopier l’équation de l’étape (a) et faire apparaître la flèche courbe schématisant le transfert électronique.
Journées académiques - Mai/Juin 2012
Interaction sites donneurs et accepteurs de doublet d’électrons
Solution proposée :
• L’oxygène possède deux doublets d’électrons, c’est le donneur. L’ion H+ est accepteur d’électrons.
• Un doublet donneur de l’oxygène de l’éthanol attaque l’ion H+ accepteur.
• Mouvement du doublet d’électrons :
Journées académiques - Mai/Juin 2012
Exemple 1 : substitution nucléophile de HO– sur un halogénoalcane primaire (mécanisme en une étape)
Site électrophile : accepteur d’un
doublet d’électrons
Interaction sites donneurs et accepteurs de doublet d’électrons
Journées académiques - Mai/Juin 2012
atome électronégativité
C 2,6
Cl 3,2
+
-
Liaison polarisée
Doublet non liant
Site nucléophile : donneur d’un doublet
d’électrons
Flèches indiquant que cette étape peut se faire dans
un sens comme dans l’autre : principe de microréversibilité
ATTENTION : ce n’est pas l’indication d’un équilibre chimique
Flèches courbes : flèches modélisant le mouvement
électronique
Tableau de valeurs des électronégativités dans l’échelle de Pauling
Interaction sites donneurs et accepteurs de doublet d’électrons
Exemple 2 : substitution nucléophile sur un alcool en milieu acide (HCl)
Bilan macroscopique :
Journées académiques - Mai/Juin 2012
Type de réaction : substitution
Remarque : la flèche simple ici indique que la réaction est totale mais cela dépend des conditions expérimentales car la réaction inverse peut exister aussi
Interaction sites donneurs et accepteurs de doublet d’électrons
Exemple 2 : substitution nucléophile sur un alcool en milieu acide (HCl)
Journées académiques - Mai/Juin 2012
Doublet non liant
Site nucléophile : donneur d’un
doublet d’électrons
1ère étape écrite avec H+ :
Ion qui ne respecte pas la règle du duet :
défaut d’électron
Site électrophile : accepteur d’un
doublet d’électrons
ATTENTION : ne jamais dire aux élèves que H+ est électrophile
à cause de la charge +
Contre-exemple : l’ion ammonium (charge +, mais octet respecté :
pas de défaut d’électron) Flèche courbe : part du
doublet qui migre et pointe Vers sa nouvelle position
Interaction sites donneurs et accepteurs de doublet d’électrons
Journées académiques - Mai/Juin 2012
1ère étape écrite avec H3O+ :
Liaison polarisée Site électrophile : accepteur d’un
doublet d’électrons
AVANTAGE : pas de confusion avec un site électrophile chargé. Programme : « liaison polarisée, site donneur, site accepteur de doublet d’électrons ».
INCONVENIENT : les chimistes organiciens utilisent souvent H+ et non H3O+. • Dans le mécanisme, ce qui est important c’est H+ et non l’espèce sur laquelle il est fixé. • La plupart des réactions se font en solvant organique : le proton n’est donc pas
forcément fixé sur une molécule d’eau.
Exemple 2 : substitution nucléophile sur un alcool en milieu acide (HCl)
Interaction sites donneurs et accepteurs de doublet d’électrons
Journées académiques - Mai/Juin 2012
1ère étape écrite avec HCl :
Liaison polarisée Site électrophile : accepteur d’un
doublet d’électrons
Si l’acide utilisé est de l’acide chlorhydrique concentré, en milieu organique on peut imaginer qu’il y ait des molécules de HCl présentes pouvant donner un ion H+
Exemple 2 : substitution nucléophile sur un alcool en milieu acide (HCl)
Interaction sites donneurs et accepteurs de doublet d’électrons
Journées académiques - Mai/Juin 2012
atome électronégativité
C 2,6
O 3,4
Doublet non liant
Site nucléophile : donneur d’un
doublet d’électrons
2ème étape :
Tableau de valeur des électronégativités dans l’échelle de Pauling
Site électrophile : accepteur d’un
doublet d’électrons
Liaison polarisée
Exemple 2 : substitution nucléophile sur un alcool en milieu acide (HCl)
Exemple 3 : addition de HCl sur un alcène
Bilan macroscopique :
Interaction sites donneurs et accepteurs de doublet d’électrons
Journées académiques - Mai/Juin 2012
Type de réaction : addition
Exemple 3 : addition de HCl sur un alcène
Interaction sites donneurs et accepteurs de doublet d’électrons
Journées académiques - Mai/Juin 2012
1ère étape :
Liaison polarisée
Site électrophile : accepteur d’un
doublet d’électrons Double liaison : un des
doublets est disponible
Site nucléophile : donneur d’un
doublet d’électrons
atome électronégativité
Cl 3,2
H 2,2
Tableau de valeur des électronégativités dans l’échelle de Pauling
Exemple 3 : addition de HCl sur un alcène
Interaction sites donneurs et accepteurs de doublet d’électrons
Journées académiques - Mai/Juin 2012
2ème étape :
Doublet non liant
Site nucléophile : donneur d’un
doublet d’électrons
Carbone qui ne respecte pas la règle de l’octet :
défaut d’électron
Site électrophile : accepteur d’un
doublet d’électrons
ATTENTION : ne jamais dire aux élèves que C+ est électrophile
à cause de la charge +
Interaction sites donneurs et accepteurs de doublet d’électrons
Sites accepteurs d’un doublet d’électrons : sites électrophiles
Sites donneurs d’un doublet d’électrons : sites nucléophiles
Dans le cadre strict du programme :
Pôle + d’une liaison polarisée : atome le moins électronégatif
d’une liaison polarisée
Doublet non liant
Par extension (d’après ce qu’on a pu voir sur les sujets zéro) :
Atome ne respectant pas la règle de l’octet (ou du duet pour l’hydrogène) Cas le plus classique au niveau TS : H+
Doublet d’une liaison multiple
Journées académiques - Mai/Juin 2012
Flèche courbe : flèche de modélisation du mouvement électronique qui permet de justifier l’obtention des produits, elle part du doublet qui migre et pointe vers sa nouvelle position
Interaction sites donneurs et accepteurs de doublet d’électrons
En résumé :
• Aucun mécanisme n’est à connaître.
• Les étapes sont données : l’élève les complète avec les flèches courbes.
• Deux observations permettent la déduction des flèches courbes :
– observer les produits obtenus à partir des réactifs : repérer les doublets qui ont migré (jouer avec les couleurs) ;
– identifier, sur les réactifs, les sites accepteurs et donneurs de doublets : ceci doit valider l’observation précédente.
Journées académiques - Mai/Juin 2012
Faire émerger l’équilibre chimique
Journées académiques - Mai/Juin 2012
Activité proposée dans l’ancien programme :
0,10 mol d’acide éthanoïque pur
compléter à 100,0 mL avec de l’eau distillée
Faire émerger l’équilibre chimique
Journées académiques - Mai/Juin 2012
• Prévoir le pH attendu de la solution.
– Définir le pH ou réinvestir (si utilisé par exemple avec les acides maléique et fumarique…)
• Construire un tableau d’avancement.
– Réinvestir les bilans de matière (1ère S)
• Vérifier expérimentalement la mesure du pH.
Équation CH3CO2H(aq) + H2O(l) ⟶ CH3CO2−
(aq) + H3O+(aq)
Etat initial 0,010 excès 0 0
Au cours 0,010 - x excès x x
Etat d’avancement maximal
0,010 - xmax = 0 excès xmax = 0,010 xmax = 0,010
Faire émerger l’équilibre chimique
Journées académiques - Mai/Juin 2012
• xfinal < xmax : la transformation n’est pas totale.
• Émettre des hypothèses pour interpréter. – Hypothèse 1 : la réaction est « lente »
– Hypothèse 2 : seules certaines molécules initialement présentes réagissent pour donner les produits
– Hypothèse 3 : il existe une réaction entre les produits de la réaction CH3CO2
−(aq) et H3O+
(aq)
pH = 3,1 donc n(H3O+)final ≈ 8
10−5 mol
Faire émerger l’équilibre chimique
Journées académiques - Mai/Juin 2012
• Conclure sur l’existence d’une réaction inverse.
• Introduire les notions d’équilibre chimique, d’acides faible et fort, les symbolismes →, ← ou ⇌
pH = 1
acide chlorhydrique c = 1,0
10−1 mol·L−1
pH = 1,9
éthanoate de sodium (≈ 0,5 g)
Symbolisme utilisé dans les équations chimiques
Exemple : réaction de dissolution de NaCl
Journées académiques - Mai/Juin 2012
Utilisation du signe égal : le programme de TS n’indique pas son utilisation
On utilise le signe égal lorsqu’on ne connaît pas l’état initial et l’évolution du système (direct, indirect, équilibre, réaction totale…). C’est un simple signe permettant d’indiquer la conservation de la matière et de la charge (IUPAC).
Équation NaCl(s) = Na+(aq) + Cl–(aq)
État Quantité de matière
État initial n 0 0
État final n – xf xf xf
L’état final va dépendre de la quantité de matière initiale et de la constante d’équilibre (hors programme)
Symbolisme utilisé dans les équations chimiques
Exemple : réaction de dissolution de NaCl
Journées académiques - Mai/Juin 2012
La réaction n’est pas totale, l’état final est un état d’équilibre chimique : double flèche
Si, à l’état final, il reste du chlorure de sodium solide : il y a équilibre chimique
Équation NaCl(s) ⇌ Na+(aq) + Cl–(aq)
État Quantité de matière État initial n 0 0 État final :
avancement à l’équilibre
n – xeq xeq xeq
Symbolisme utilisé dans les équations chimiques
Exemple : réaction de dissolution de NaCl
Journées académiques - Mai/Juin 2012
La réaction est totale (dans le sens direct) : simple flèche vers la droite
Si, à l’état final, tout le chlorure de sodium solide a été consommé, la réaction est totale :
Équation NaCl(s) Na+(aq) + Cl–(aq)
État Quantité de matière État initial n 0 0
État final : avancement maximal (xf = n)
0 n n
Symbolisme utilisé dans les équations chimiques
Exemple : réaction de dissolution de NaCl
Journées académiques - Mai/Juin 2012
Cas très rare mais dans le programme : la réaction est totale (dans le sens indirect ) : simple flèche vers la gauche
Si on écrivait l’équation de réaction dans l’autre sens : Na+(aq) + Cl–(aq) = NaCl(s)
Réaction Na+(aq) + Cl–(aq) NaCl(s)
Etat Quantité de matière
État initial n1 n1 n2
État quelconque n1 – x n1 – x n2 + x
État final : avancement maximal
(xf = – n2)
n1 + n2 n1 + n2 0
Symbolisme utilisé dans les équations chimiques
En résumé :
•On ne calcule plus de quotient de réaction pour déterminer le sens d’évolution.
•Tant que l’on ne connait pas l’état final, on écrit l’équation de la réaction sans flèche.
Le programme ne parle pas du signe égal même si, en soi, il n’est pas vide de sens
•Après avoir étudié l’état final on ajoute la flèche en accord avec l’observation : , ou ⇌
Journées académiques - Mai/Juin 2012
Des flèches, des flèches, des flèches…
Journées académiques - Mai/Juin 2012
Nature de la flèche
Domaine macroscopique Domaine microscopique
Bilan de conservation de la matière et des charges
Réaction totale dans le sens direct
Irréversibilité microscopique
Réaction totale dans le sens indirect
Équilibre chimique auquel on associe K(T)
On trouve l’une ou l’autre. Elles traduisent la microréversibilité de
l’étape élémentaire d’un mécanisme réactionnel
Mouvement d’électrons d’un site à un autre
=
Diagramme de distribution : version 2002
Journées académiques - Mai/Juin 2012
Les compétences de l’ECE à travailler
Journées académiques - Mai/Juin 2012
C o m p é t e n c e C o n d i t i o n s d e m i s e e n œ u v r e E x e m p l e s d e c a p a c i t é s e t d ’ a t t i t u d e s
S ’ a p p r o p r i e r
C e t t e c o m p é t e n c e e s t m o b i l i s é e d a n s c h a q u e s u j e t s a n s ê t r e n é c e s s a i r e m e n t é v a l u é e . L o r s q u ’ e l l e e s t é v a l u é e , l ’ é n o n c é n e d o i t p a s f o u r n i r l e s o b j e c t i f s d e l a t â c h e .
- r e c h e r c h e r , e x t r a i r e e t o r g a n i s e r l ’ i n f o r m a t i o n e n l i e n a v e c u n e s i t u a t i o n ,
- é n o n c e r u n e p r o b l é m a t i q u e , - d é f i n i r d e s o b j e c t i f s .
A n a l y s e r
L e s u j e t d o i t p e r m e t t r e u n e d i v e r s i t é d e s a p p r o c h e s e x p é r i m e n t a l e s e t l e m a t é r i e l à d i s p o s i t i o n d o i t ê t r e s u f f i s a m m e n t v a r i é p o u r o f f r i r p l u s i e u r s p o s s i b i l i t é s a u c a n d i d a t . L e s d o c u m e n t a t i o n s t e c h n i q u e s s e r o n t m i s e s à d i s p o s i t i o n .
- f o r m u l e r u n e h y p o t h è s e , - p r o p o s e r u n e s t r a t é g i e p o u r r é p o n d r e à l a
p r o b l é m a t i q u e , - p r o p o s e r u n e m o d é l i s a t i o n , - c h o i s i r , c o n c e v o i r o u j u s t i f i e r u n p r o t o c o l e / d i s p o s i t i f
e x p é r i m e n t a l , - é v a l u e r l ’ o r d r e d e g r a n d e u r d ’ u n p h é n o m è n e e t d e
s e s v a r i a t i o n s .
R é a l i s e r
L e s u j e t d o i t p e r m e t t r e à l ’ e x a m i n a t e u r d ’ o b s e r v e r l a m a î t r i s e g l o b a l e d e c e r t a i n e s o p é r a t i o n s t e c h n i q u e s e t l ’ a t t i t u d e a p p r o p r i é e d u c a n d i d a t d a n s l ’ e n v i r o n n e m e n t d u l a b o r a t o i r e .
- é v o l u e r a v e c a i s a n c e d a n s l ’ e n v i r o n n e m e n t d u l a b o r a t o i r e ,
- s u i v r e u n p r o t o c o l e , - r e s p e c t e r l e s r è g l e s d e s é c u r i t é , - u t i l i s e r l e m a t é r i e l ( d o n t l ’ o u t i l i n f o r m a t i q u e ) d e
m a n i è r e a d a p t é e , - o r g a n i s e r s o n p o s t e d e t r a v a i l , - e f f e c t u e r d e s m e s u r e s a v e c p r é c i s i o n , - r e p o r t e r u n p o i n t s u r u n e c o u r b e o u d a n s u n t a b l e a u , - e f f e c t u e r u n c a l c u l s i m p l e .
Les compétences de l’ECE à travailler
Journées académiques - Mai/Juin 2012
C o m p é t e n c e C o n d i t i o n s d e m i s e e n œ u v r e E x e m p l e s d e c a p a c i t é s e t d ’ a t t i t u d e s
V a l i d e r
L e s u j e t d o i t p e r m e t t r e à l ’ e x a m i n a t e u r d e s ’ a s s u r e r q u e l e c a n d i d a t e s t c a p a b l e d ’ i d e n t i f i e r d e s c a u s e s d e d i s p e r s i o n d e s r é s u l t a t s , d ’ e s t i m e r l ’ i n c e r t i t u d e à p a r t i r d ’ o u t i l s f o u r n i s , d ’ a n a l y s e r d e m a n i è r e c r i t i q u e d e s r é s u l t a t s e t c h o i s i r u n p r o t o c o l e p l u s a p p r o p r i é p a r m i d e u x p o s s i b l e s .
- e x p l o i t e r e t i n t e r p r é t e r d e s o b s e r v a t i o n s , d e s m e s u r e s ,
- u t i l i s e r l e s s y m b o l e s e t u n i t é s a d é q u a t s , - v é r i f i e r l e s r é s u l t a t s o b t e n u s , - v a l i d e r o u i n f i r m e r u n e i n f o r m a t i o n , u n e h y p o t h è s e ,
u n e p r o p r i é t é , u n e l o i … , - a n a l y s e r d e s r é s u l t a t s d e f a ç o n c r i t i q u e , - p r o p o s e r d e s a m é l i o r a t i o n s d e l a d é m a r c h e o u d u
m o d è l e , - u t i l i s e r d u v o c a b u l a i r e d e l a m é t r o l o g i e .
C o m m u n i q u e r
C e t t e c o m p é t e n c e e s t t r a n s v e r s a l e . E l l e e s t m o b i l i s é e s u r l ’ e n s e m b l e d e l ’ é p r e u v e s a n s ê t r e n é c e s s a i r e m e n t é v a l u é e . S i o n c h o i s i t d e l ’ é v a l u e r , l e s u p p o r t d e c o m m u n i c a t i o n d o i t ê t r e i m p o s é d a n s l e s u j e t . E l l e n e p e u t a l o r s s e r é d u i r e à u n e o b s e r v a t i o n d e l a m a î t r i s e d e l a l a n g u e a u c o u r s d e q u e l q u e s é c h a n g e s a v e c l ’ e x a m i n a t e u r . I l s ’ a g i t d e c o n s t r u i r e i c i u n e a r g u m e n t a t i o n o u u n e s y n t h è s e s c i e n t i f i q u e e n u t i l i s a n t l ’ o u t i l d e c o m m u n i c a t i o n i m p o s é p a r l e s u j e t ( u n p o s t e r , u n e o u d e u x d i a p o s i t i v e s , u n e n r e g i s t r e m e n t s o n o r e o u u n e v i d é o , … ) . C e t e m p s d e c o m m u n i c a t i o n n e p o u r r a p a s e x c é d e r 2 à 3 m i n u t e s e n c a s d ’ u n e c o m m u n i c a t i o n o r a l e i m p o s é e . L e c o n t e n u d e v r a ê t r e e n c o h é r e n c e a v e c l a r é f l e x i o n e t l e s r é s u l t a t s o b t e n u s p a r l e c a n d i d a t .
- u t i l i s e r l e s n o t i o n s e t l e v o c a b u l a i r e s c i e n t i f i q u e a d a p t é s ,
- p r é s e n t e r , f o r m u l e r u n e p r o p o s i t i o n , u n e a r g u m e n t a t i o n , u n e s y n t h è s e o u u n e c o n c l u s i o n d e m a n i è r e c o h é r e n t e c o m p l è t e e t c o m p r é h e n s i b l e .
Ê t r e a u t o n o m e , f a i r e p r e u v e d ’ i n i t i a t i v e
C e t t e c o m p é t e n c e e s t t r a n s v e r s a l e . E l l e e s t m o b i l i s é e s u r l ’ e n s e m b l e d e l ’ é p r e u v e e n p a r t i c i p a n t à l a d é f i n i t i o n d u n i v e a u d e m a î t r i s e d e s a u t r e s c o m p é t e n c e s .
- t r a v a i l l e r s e u l , - d e m a n d e r u n e a i d e p e r t i n e n t e .
Diagramme de distribution : version 2012
Journées académiques - Mai/Juin 2012
L e b l e u d e b r o m o t h y m o l ( B B T ) e s t u n i n d i c a t e u r c o l o r é a c i d o - b a s i q u e : s a c o u l e u r d é p e n d d u p H d e l a s o l u t i o n d a n s l a q u e l l e i l s e t r o u v e .
U n i n d i c a t e u r c o l o r é a c i d o - b a s i q u e e s t f o r m é d ’ e s p è c e s a c i d e e t b a s i q u e d e c o u l e u r s d i f f é r e n t e s . O n l e s t r o u v e e n p r o p o r t i o n s d i f f é r e n t e s d a n s l a s o l u t i o n s e l o n l e p H .
P o u r s i m p l i f i e r o n é c r i r a : H I n p o u r l a f o r m e a c i d e ( j a u n e )
e t I n – p o u r l a f o r m e b a s i q u e ( b l e u e )
É l a b o r e z u n p r o t o c o l e p e r m e t t a n t d e d é t e r m i n e r l a c o n s t a n t e d ’ a c i d i t é K A d u c o u p l e H I n / I n
– .
p H
Diagramme de distribution : version 2012
Journées académiques - Mai/Juin 2012
Diagramme de distribution : version 2012
• Compétences exigibles :
– Mettre en œuvre un protocole expérimental pour caractériser une espèce colorée. [Observer - Analyse spectrale]
– Mesurer le pH d’une solution aqueuse.
– Mettre en œuvre une démarche expérimentale pour déterminer une constante d’acidité.
• Compétences expérimentales :
– S’approprier [rechercher, extraire et organiser l’information…]
– Analyser [proposer une stratégie pour répondre à la problématique]
– Réaliser
– Valider [exploiter et interpréter des mesures]
Journées académiques - Mai/Juin 2012
Importance du contrôle du pH dans un milieu biologique
• Lien avec programme de spécialité SVT : – http://www.staps.univ-
avignon.fr/S3/UE2/Physiologie/Digestion_excretion/Digestion_L2_Support_du_cours.pdf (p 5)
– http://www.uvp5.univ-paris5.fr/wikinu/docvideos/Grenoble_1011/toussaint_bertrand/toussaint_bertrand_P03/toussaint_bertrand_P03.pdf (p 43 et 44)
– http://www.restice.univ-montp2.fr/BsfDun/co/ContenupHoptimum.html
• Sur l’équilibre acido-basique et vie biologique : – http://www.francaise-bio-energetique.com/equilibre-acido-
basique.htm
– http://www.logidiet.com/fderad/acidobasicite.htm
Journées académiques - Mai/Juin 2012
Journées académiques - Mai/Juin 2012
Qu’est ce que la chimie verte ?
Journées académiques - Mai/Juin 2012
Ensemble des principes et des techniques visant à réduire ou éliminer l’usage ou la formation de substances dangereuses et/ou toxiques dans la conception, la production et l’utilisation de produits chimiques.
1999 2007 2008
Journées académiques - Mai/Juin 2012
Les 12 principes de la chimie verte
Journées académiques - Mai/Juin 2012
1. Éviter les déchets,
2. Maximiser l’économie d’atomes,
3. Concevoir des synthèses chimiques moins dangereuses,
4. Concevoir des produits chimiques plus sûrs,
5. Utiliser des solvants et des conditions plus sûrs,
6. Augmenter l’efficacité chimique,
7. Utiliser des matières premières renouvelables,
8. Éviter d’utiliser des dérivés chimiques,
9. Utiliser des catalyseurs,
10. Concevoir des produits chimiques qui se dégradent après utilisation,
11. Analyser en continu pour éviter la pollution inutile,
12. Limiter les risques d’accident.
Journées académiques - Mai/Juin 2012
Les 12 principes de la chimie verte
Journées académiques - Mai/Juin 2012
1. Éviter les déchets,
2. Maximiser l’économie d’atomes,
3. Concevoir des synthèses chimiques moins dangereuses,
4. Concevoir des produits chimiques plus sûrs,
5. Utiliser des solvants et des conditions plus sûrs,
6. Augmenter l’efficacité chimique,
7. Utiliser des matières premières renouvelables,
8. Éviter d’utiliser des dérivés chimiques,
9. Utiliser des catalyseurs ,
10. Concevoir des produits chimiques qui se dégradent après utilisation,
11. Analyser en continu pour éviter la pollution inutile,
12. Limiter les risques d’accident.
Les principes de la chimie verte peuvent être abordés au moment …
• d’extraire et exploiter des informations sur la catalyse en milieu biologique, dans le domaine industriel… pour en dégager l’intérêt;
• d’effectuer une analyse critique des protocoles;
• de justifier le choix des techniques de synthèse;
• de comparer les avantages et inconvénients des protocoles;
• d’une réflexion autour des interactions entre la sciences et la société.
Activité documentaire : synthèse de l’ibuprofène
Journées académiques - Mai/Juin 2012
Activité documentaire : synthèse de l’ibuprofène
Journées académiques - Mai/Juin 2012
Activité documentaire : synthèse de l’ibuprofène
Journées académiques - Mai/Juin 2012
L’ibuprofène
Médicament analgésique et anti-inflammatoire
Molécule découverte par la société Boots dans les années 1960
Journées académiques - Mai/Juin 2012
Problématique : - A l’aide des documents ci-dessous, déterminer quel procédé de synthèse de l’ibuprofène est le plus respectueux pour l’environnement - Comment expliquer que l’autre forme n’a pas d’activité médicamenteuse
Il existe 2 procédés de synthèse de l’ibuprofène
Procédé Boots Procédé BHC
Journées académiques - Mai/Juin 2012
Quel procédé est plus respectueux pour l’environnement ?
Procédé Boots Procédé BHC
Journées académiques - Mai/Juin 2012
Mesure de l’efficacité d’un procédé
• Quelle grandeur permet habituellement d’évaluer « l’efficacité » d’une synthèse ?
• En chimie verte, on définit l’utilisation atomique UA pour prendre en compte la quantité de déchets :
Journées académiques - Mai/Juin 2012
100x)M(réactifs
e)synthétiséM(espèceUA
i
Déterminer l’utilisation atomique UA pour chaque procédé
Procédé Boots Procédé BHC
Journées académiques - Mai/Juin 2012
Quel est le seul sous-produit du procédé BHC ?
Journées académiques - Mai/Juin 2012
Prolongement : comment expliquer ces 2 comportements ?
Cette molécule n’a pas d’activité médicamenteuse
Cette molécule des propriétés antipyrétiques et analgésiques
Journées académiques - Mai/Juin 2012
Activité documentaire : synthèse de l’ibuprofène
• Cette activité est inspirée de l’article « Un exemple de chimie verte : la synthèse industrielle de l’ibuprofène » http://culturesciences.chimie.ens.fr/dossiers-chimie-societe-article-Ibuprofene_Demirdjian.html
Autres ressources sur la chimie verte :
• La chimie d’une planète durable, Stéphane SARRADE, collections « Essais », le Pommier.
• Les clés du CEA, mai 2011, N° spécial chimie
• Les fluides supercritiques au cœur du développement des industries : http://www.lejournaldesfluides.com/actualite/les-fluides-supercritiques-au-coeur-du-developpement-des-industries/
• Cours (catalyse, solvant) http://www.unice.fr/lcmba/antoniotti/cours%20chimie%20verte%202012.pdf
Journées académiques - Mai/Juin 2012
Activité documentaire : synthèse de l’ibuprofène
• Bouchon DIAM contre les vins bouchonnés, extraction du trichloroanisol par CO2 supercritique :
– http://www.gardiendesaromes.com/elaboration.htm
– http://tamarind18.com/print/neo_web.pdf
• http://culturesciences.chimie.ens.fr/content/la-chimie-verte-1055
• http://www.aroma-zone.com/aroma/fiche_procede_extractionCO2.asp
• http://tpe-huile-essentielle.e-monsite.com/pages/i-les-differents-procedes-d-extraction-d-une-huile-essentielle/5-extraction-au-co2-supercritique.html (vidéo)
Journées académiques - Mai/Juin 2012
Contrôle de la qualité par dosage
• Les nombreuses activités de l’ancien programme de 1S, de TS tronc commun et spécialité peuvent être utilisées (exemple).
• Penser à construire des démarches actives !
• C’est l’occasion de travailler les incertitudes de type A (analyse statistique de séries d’observations).
• Publication sur la mesure et les incertitudes (académie de Poitiers) : http://ww2.ac-poitiers.fr/sc_phys/spip.php?article418
• Stage académique « Mesures et Incertitudes » au PAF 2012-2013 inscription probable en juin 2012 !
Journées académiques - Mai/Juin 2012
Contrôle de la qualité par dosage : incertitudes de type A
Binôme 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Instrument pour le prélèvement
PJ 10 mL
PJ 10 mL
PJ 10 mL
PJ 10 mL
PJ 20 mL
PJ 10 mL
PJ 10 mL
EG 10 mL
PJ 10 mL
V0 / mL 10,0 10,0 10,0 10,0 20,0 10,0 10,0 10,0 10,0
Type burette Burette graduée de 25 mL
VE / mL 12,1 12,8 11,8 11,6 24,0 12,1 11,9 11,3 12,3
C0 ×10–2 / mol·L−1 1,21 1,28 1,18 1,16 1,20 1,21 1,19 1,13 1,23
Journées académiques - Mai/Juin 2012
n 3 4 5 6 7 8 9 10
t95 4,30 3,18 2,78 2,57 2,45 2,37 2,31 2,26
Légende : PJ = pipette jaugée à 1 trait, EG = éprouvette graduée Toute la verrerie rodée est de classe A.
On rappelle les coefficients de STUDENT (t95 pour l’obtention d’un niveau de confiance de 95%) en fonction du nombre n de mesures considérées :
La largeur de l’intervalle de confiance à 95% est proportionnelle au facteur :
t95
n[Extrait du sujet de l’agrégation interne de chimie session 2011]
Contrôle de la qualité par dosage : incertitudes de type A
• Incertitude de type A : étude statistique.
• La concentration a une probabilité (95 %) de se trouver dans cet intervalle :
C0 = C0m ± δC0
• Avec un nombre faible de mesures, on utilise le coefficient de STUDENT t95 :
Journées académiques - Mai/Juin 2012
dC
0= t
95×s
n-1
n
Contrôle de la qualité par dosage : incertitudes
Binôme 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Instrument pour le prélèvement
PJ 10 mL
PJ 10 mL
PJ 10 mL
PJ 10 mL
PJ 20 mL
PJ 10 mL
PJ 10 mL
EG 10 mL
PJ 10 mL
V0 / mL 10,0 10,0 10,0 10,0 20,0 10,0 10,0 10,0 10,0
Type burette Burette graduée de 25 mL
VE / mL 12,1 12,8 11,8 11,6 24,0 12,1 11,9 11,3 12,3
C0 ×10–2 / mol·L−1 1,21 1,28 1,18 1,16 1,20 1,21 1,19 1,13 1,23
Journées académiques - Mai/Juin 2012
• On exclut les binômes 5 et 8 : instruments différents.
• Valeur moyenne : C0m = 1,209 × 10−2 mol · L−1.
Légende : PJ = pipette jaugée à 1 trait, EG = éprouvette graduée Toute la verrerie rodée est de classe A.
Contrôle de la qualité par dosage : incertitudes de type A
On rappelle les coefficients de STUDENT (t95 pour l’obtention d’un niveau de confiance de 95%) en fonction du nombre n de mesures considérées :
Journées académiques - Mai/Juin 2012
n 3 4 5 6 7 8 9 10
t95 4,30 3,18 2,78 2,57 2,45 2,37 2,31 2,26
• Ecart-type : σn−1 = 3,891
10−4 mol · L−1
• Coefficient de Student : t95 = 2,45 (7 mesures)
• Incertitude :
dC0
= t95
×s
n-1
n= 2,45´
3,891´10-4
7= 3,6´10-4mol×L-1
Contrôle de la qualité par dosage : incertitudes de type A
• Nombre de chiffres significatifs d’après le corrigé :
– l’incertitude est donnée avec
ou
chiffres significatifs, on supprime un chiffre si sa suppression n’entraîne pas une modification supérieure
4 ou 5% :
on ne peut pas éliminer le 6, donc δC0 = 3,6 × 10−4 mol · L−1
– on supprime un chiffre
C0m si cette suppression n’entraîne pas une translation de plus de 0,2 δC0 : C0m = 1,21 × 10−2 mol · L−1
• Résultat : C0 / [mol · L−1] = 1,21 × 10−2 ± 3,6 × 10−4
Journées académiques - Mai/Juin 2012
Analyse critique de protocoles expérimentaux
Journées académiques - Mai/Juin 2012
[Exercice extrait du sujet zéro n°1] 1. Choix d’un protocole La synthèse de l’éther diéthylique peut se faire par déshydratation de l’éthanol. Cependant selon les conditions opératoires choisies, la déshydratation peut aboutir à deux produits différents. Les deux équations de réaction correspondantes sont les suivantes : CH3-CH2-OH → CH2=CH2 + H2O 2 CH3-CH2-OH → CH3-CH2-O-CH2-CH3 + H2O La température joue un rôle important dans l’orientation de la réaction : une température moyenne favorise la formation de l’éther diéthylique, une température élevée celle de l’éthylène. On étudie deux protocoles possibles de déshydratation : Conditions opératoires 1 : on fait passer à 300°C des vapeurs d’éthanol sur de l’alumine ; Conditions opératoires 2 : on chauffe l’éthanol à 140°C en présence d’un acide
Analyse critique de protocoles expérimentaux
Journées académiques - Mai/Juin 2012
[Exercice extrait du sujet zéro n°1]
Données
Composé Éthanol
Éther
diéthylique
ou Ether
Eau
Éthylène
ou
Ethène
Formule brute C2H6O C4H10O H2O C2H4
Température d’ébullition
sous une pression de 1
bar (en
C )
78 35 100 -104
Masse molaire (g.mol-1) 46 74 18 28
- Masse volumique d’une solution aqueuse d’hydroxyde de sodium : = 1,0 g.mL-1 ; - Masse volumique de l’éthanol : éthanol = 0,81 g.mL-1 ; - Masse volumique de l’éther diéthylique : éther = 0,71 g.mL-1 ; - L’eau et l’éther ne sont pas miscibles ; - La température du laboratoire est de 20
C.
Analyse critique de protocoles expérimentaux
Journées académiques - Mai/Juin 2012
[Exercice extrait du sujet zéro n°1]
Pour synthétiser l’éther diéthylique, on suit le protocole
expérimental suivant :
- réaliser un montage de distillation fractionnée dans
lequel un ballon bicol supporte une colonne à distiller
ainsi qu’une ampoule de coulée ;
- verser 25 mL d’éthanol dans le ballon et placer dans
l’ampoule de coulée 10 mL d’un acide fort, l’acide
sulfurique concentré ;
- sous agitation, verser goutte à goutte l’acide sulfurique
dans le mélange, puis chauffer ;
- récupérer le distillat lorsque la température en tête de
colonne est à 35
C ;
- verser le distillat dans une ampoule à décanter, ajouter
une solution aqueuse d’hydroxyde de sodium Na+(aq) +
HO-(aq) ;
- récupérer la phase contenant l’éther diéthylique.
Analyse critique de protocoles expérimentaux
Journées académiques - Mai/Juin 2012
[Exercice extrait du sujet zéro n°1]
2.1. Pourquoi faut-il mettre l’erlenmeyer de récupération du distillat dans un bain de glace ? 2.2. Malgré les précautions prises, la formation d’éthylène peut avoir lieu de façon minoritaire mais pour autant on ne le trouve pas dans le distillat. À l’aide des données, proposer une explication. 2.3. Calculer la quantité de matière d’éthanol introduite dans le ballon et la masse attendue d’éther diéthylique. 2.4. Le distillat obtenu présente un caractère acide. Quelle étape du protocole permet d’éliminer les traces acides du distillat ? Justifier. 2.5. Où se trouve l’éther diéthylique dans l’ampoule à décanter ? Justifier.
Analyse critique de protocoles expérimentaux
Journées académiques - Mai/Juin 2012
[Exercice extrait du sujet zéro n°1] 4. Techniques d’analyse des espèces chimiques intervenant dans la réaction Les techniques utilisées sont la spectroscopie infrarouge IR et la spectrométrie RMN du proton. On donne pages 8 et 9 deux spectres RMN du proton et deux spectres infrarouge (IR) correspondant à l’éther diéthylique et à l’éthanol ainsi qu’une table de données de spectroscopie infrarouge IR. Associer chaque spectre infrarouge IR et RMN à la molécule correspondante en justifiant. Attribuer un signal en RMN à chaque groupe de protons chimiquement équivalents et justifier sa multiplicité pour chacun des signaux.
Analyse critique de protocoles expérimentaux
Journées académiques - Mai/Juin 2012
[Exercice extrait du sujet zéro n°1]
Spectre IR 1
4000 3000 2000 1500 1000 500
0
20
40
60
80
100
%T
Wavenumber (cm-1
) Wavenumber (cm
-1)
Spectre IR 2
4000 3000 2000 1500 1000 500
0
20
40
60
80
100
%T
CH3-CH2-OH
CH3-CH2-O-CH2-CH3
Disparition de la bande caractéristique du groupe hydroxyle –OH
Liaison C-C C-O O-H (acide carboxylique) C-H O-H
(alcool)
Nombre d’onde
(cm-1)
1000-1250 1050-1450 2500-3200 2800-3000 3200-3700
Table de données pour la spectroscopie IR
Analyse critique de protocoles expérimentaux
Journées académiques - Mai/Juin 2012
[Exercice extrait du sujet zéro n°1]
triplet
quadrupletsingulet
Spectre RMN 1Spectre RMN 2
quadruplet
triplet
CH3-CH2-OH
CH3-CH2-O-CH2-CH3
Pas de table de données dans le sujet
Avantages et inconvénients de deux protocoles
Synthèse du 1-
thanol :
« Les carottes sont cuites! » – BUP n°944 mai 2012 p 587
http://www.udppc.asso.fr/bupdoc/consultation/selections.php (Référence 21235)
Journées académiques - Mai/Juin 2012
Avantages et inconvénients de deux protocoles
Journées académiques - Mai/Juin 2012
Avantages et inconvénients de deux protocoles
Journées académiques - Mai/Juin 2012
3.2. Analyses qualitatives
Le produit obtenu par les différents binômes se présente sous la forme d’une huile
colorée de jaune à orange, comme le montre la figure 3.
Figure 3 : Aspect des produits obtenus par la voie biochimique par deux binômes.
En chromatographie sur couche mince (plaque de silice, révélation UV à 254 nm,
éluant cyclohexane : acétate de butyle 60/40), le produit synthétisé par la voie biochi-
mique présente nettement une tache à la même hauteur que le 1-phényléthanol commercial
(cf. figure 4). Cependant, la présence d’acétophénone (le réactif) indique que la conver-
sion n’est pas complète. Enfin, une tache orange (de rapport frontal très élevé) visible à
l’œil nu, semble correspondre au bêta-carotène extrait par le dichlorométhane du jus obtenu.
Figure 4 : CCM de deux binômes
(A : acétophénone commerciale, ol : 1-phényléthanol commercial, 1 : produit obtenu par la voie
de synthèse chimique, 2 : produit obtenu par la voie de synthèse biochimique).
« Les carottes sont cuites ! » Le Bup n° 944
592 E N SE I G N E M E N T E X PÉRI M E N TA L
+
OHO O+
Petit bilan sur la notion de sélectivité en chimie organique
Journées académiques - Mai/Juin 2012
HO OH HO OH HO OH HO OH
++ +
HO OH HO OH HO OH HO OH
++ +
Parmi les produits que nous pouvons prévoir « sur le papier », la réaction chimique exerce une sélection…. on parle de sélectivité !
Réaction diastéréosélective
Réaction énantiosélective
Réaction régiosélective
Réaction chimiosélective
Les catalyseurs peuvent apporter de la sélectivité
La protection des fonctions
Les réactifs chimiosélectifs
La sélectivité est abordée sous trois angles dans le nouveau programme
Protection d’une fonction : synthèse peptidique
• Objectif : comment privilégier la synthèse d’une espèce donnée ?
• On confronte l’élève à la nécessité de protéger certaines fonctions.
• Une banque de réactions permet d’établir un schéma de synthèse.
Journées académiques - Mai/Juin 2012
Protection d’une fonction : synthèse peptidique
Journées académiques - Mai/Juin 2012
Ce groupement doit être le seul centre nucléophile
Ce groupement doit être le seul
centre électrophile Liaison
peptidique à créer
OHO
OH NH2
O
OCH3
O
H2N
OCH3
O
NO
OH NH2
O
H
H2O + +
Groupements –COOH et –NH2 susceptibles
de réagir.
?
Lorsque la molécule est polyfonctionnelle et que plusieurs réactions sont en compétition, comment le chimiste arrive-t-il à privilégier un site précis de la molécule plutôt qu’un autre ?
Protection d’une fonction : synthèse peptidique
Journées académiques - Mai/Juin 2012
Protection du groupe amino de l’acide aspartique
Protection du groupe carboxyle de l’acide aspartique
Méthylation de la phénylalanine
Déprotection commune des groupements amino et carboxyle
si « Bz » a été choisi pour protéger -COOH
Couplage des deux acides aminés
Déprotection du groupe amino
Déprotection du groupe carboxyle si le tertiobutyl a été choisi pour
protéger -COOH
ou
ou
Missions confiées à l’équipe A
- Synthèse, au laboratoire, de l’acétanilide* ;
- Purification et caractérisation du composé obtenu ;
- Présentation orale, à l’ensemble de la classe, de la synthèse en justifiant et expliquant les étapes du protocole ;
- Présentation des aspects macroscopique et microscopique de la synthèse étudiée.
Missions confiées à l’équipe B
- Synthèse, au laboratoire, de l’aspirine ;
- Purification et caractérisation du composé obtenu ;
- Présentation orale, à l’ensemble de la classe, de la synthèse en justifiant et expliquant les étapes du protocole ;
- Présentation des aspects macroscopique et microscopique de la synthèse étudiée.
Missions confiées à l’équipe C
- Synthèse, au laboratoire, du paracétamol ;
- Purification et caractérisation du composé obtenu ;
- Présentation orale, à l’ensemble de la classe, de la synthèse en justifiant et expliquant les étapes du protocole ;
- Présentation des aspects macroscopique et microscopique de la synthèse étudiée.
HO NH
O
O
OHO
O
Équipe A
Acétanilide
Équipe B
Aspirine
Équipe C
Paracétamol
* Autrefois utilisée comme analgésique et antipyrétique
NH
O
Équipe A
Missions confiées à l’équipe B
- Synthèse, au laboratoire, du paracétamol
- Caractérisation du composé obtenu
- Présentation orale, à l’ensemble de la classe, de la synthèse en justifiant et expliquant les étapes du protocole
- Présentation, à la classe, des aspects macroscopiques et microscopiques de la synthèse étudiée
Missions confiées à l’équipe C
- Synthèse, au laboratoire, de l’aspirine
- Caractérisation du composé obtenu
- Présentation orale, à l’ensemble de la classe, de la synthèse en justifiant et expliquant les étapes du protocole
- Présentation, à la classe, des aspects macroscopiques et microscopiques de la synthèse étudiée
HO NH
O
O
OHO
O
Équipe B
Équipe C
Le produit est caractérisé par mesure du point de fusion sur Banc Kofler (Tfusion = 114
C) et/ou par CCM.
Paracétamol
Aspirine
Équation de la réaction :
NH2
O
O O
NH
O
CH3COOH+
+
Anhydride éthanoïque
Aniline
Acétanilide
Acide éthanoïque
R NH2
O
O O R NH
O CH3COOH+ +
Le groupe d’élèves arrive à la conclusion suivante :
L’anhydride éthanoïque est un réactif qui réagit avec le groupe amino présent sur une molécule.
Acétanilide
Équipe A
Missions confiées à l’équipe B
- Synthèse, au laboratoire, du paracétamol
- Caractérisation du composé obtenu
- Présentation orale, à l’ensemble de la classe, de la synthèse en justifiant et expliquant les étapes du protocole
- Présentation, à la classe, des aspects macroscopiques et microscopiques de la synthèse étudiée
Missions confiées à l’équipe C
- Synthèse, au laboratoire, de l’aspirine
- Caractérisation du composé obtenu
- Présentation orale, à l’ensemble de la classe, de la synthèse en justifiant et expliquant les étapes du protocole
- Présentation, à la classe, des aspects macroscopiques et microscopiques de la synthèse étudiée
HO NH
O
O
OHO
O
Équipe B
Équipe C
Paracétamol
Aspirine
Équation de la réaction :
R OH
O
O O R O
O CH3COOH+ +
Le groupe d’élèves arrive à la conclusion suivante :
L’anhydride éthanoïque est un réactif qui réagit avec le groupe hydroxyle présent sur une molécule.
Le produit est caractérisé par mesure du point de fusion sur Banc Kofler (Tfusion = 135
C) et/ou par CCM.
O
O O
+
O
OH
OH
CH3COOH+
O
OHO
O
Acide salicylique
Anhydride éthanoïque
Aspirine
Acide éthanoïque
Acétanilide
Équipe A
Missions confiées à l’équipe B
- Synthèse, au laboratoire, du paracétamol
- Caractérisation du composé obtenu
- Présentation orale, à l’ensemble de la classe, de la synthèse en justifiant et expliquant les étapes du protocole
- Présentation, à la classe, des aspects macroscopiques et microscopiques de la synthèse étudiée
Missions confiées à l’équipe C
- Synthèse, au laboratoire, de l’aspirine
- Caractérisation du composé obtenu
- Présentation orale, à l’ensemble de la classe, de la synthèse en justifiant et expliquant les étapes du protocole
- Présentation, à la classe, des aspects macroscopiques et microscopiques de la synthèse étudiée
HO NH
O
O
OHO
O
Équipe B
Équipe C
Paracétamol
Aspirine
Équation de la réaction :
HO NH2
O
O O
HO NH
O
CH3COOH+
+
Paraaminophénol
Anhydride éthanoïque
Paracétamol
Acide éthanoïque
Le groupe d’élèves arrive à la conclusion suivante :
L’anhydride éthanoïque est un réactif qui réagit avec le groupe amino présent sur une molécule.
R NH2
O
O O R NH
O CH3COOH+ +
Le produit est caractérisé par mesure du point de fusion sur Banc Kofler (Tfusion = 171
C) et/ou par CCM.
Acétanilide
Équipe A
Missions confiées à l’équipe C
- Synthèse, au laboratoire, de l’aspirine
- Caractérisation du composé obtenu
- Présentation orale, à l’ensemble de la classe, de la synthèse en justifiant et expliquant les étapes du protocole
- Présentation, à la classe, des aspects macroscopiques et microscopiques de la synthèse étudiée
Équipe B
Équipe C
Paracétamol
Aspirine
À la fin, chaque binôme doit avoir :
Synthétisé l’acétanilide, l’aspirine ou le paracétamol ;
Purifié le produit de la réaction (recristallisation) ;
Caractérisé le produit obtenu par CCM et/ou point de fusion sur banc Kofler ;
Rédigé un compte rendu expliquant, en une page maximum, les étapes de la synthèse et les résultats obtenus.
Le compte rendu corrigé par le professeur peut être photocopié et distribué au reste de la classe qui n’a pas été chargé de la synthèse.
Pour la prochaine séance, l’équipe prépare un exposé oral pour présenter la synthèse réalisée sous différents aspects :
Aspect macroscopique
Aspect microscopique
Aspect expérimental
Le mécanisme est donné par le professeur ainsi que diverses données physico-chimiques « en vrac ».
Acétanilide
Équipe A
Missions confiées à l’équipe B
- Synthèse, au laboratoire, du paracétamol
- Caractérisation du composé obtenu
- Présentation orale, à l’ensemble de la classe, de la synthèse en justifiant et expliquant les étapes du protocole
- Présentation, à la classe, des aspects macroscopiques et microscopiques de la synthèse étudiée
Missions confiées à l’équipe C
- Synthèse, au laboratoire, de l’aspirine
- Caractérisation du composé obtenu
- Présentation orale, à l’ensemble de la classe, de la synthèse en justifiant et expliquant les étapes du protocole
- Présentation, à la classe, des aspects macroscopiques et microscopiques de la synthèse étudiée
Équipe B
Équipe C
Paracétamol
Aspirine
Les conclusions expérimentales de chaque équipe sont écrites au tableau lorsqu’elles sont évoquées par les élèves et sont comparées à la fin des exposés :
R OH
O
O O R O
O CH3COOH+ +
R NH2
O
O O R NH
O CH3COOH+ +Équipes A et C
Équipe B
Comment expliquer les résultats expérimentaux de l’équipe C qui possédait un réactif ayant les deux fonctions ?
Mise en commun des résultats lors de la séance en classe entière qui suit l’activité expérimentale
?
OH
NH2
O
O O
OH
NH
O
CH3COOH+ +
Acétanilide
Équipe A
Missions confiées à l’équipe C
- Synthèse, au laboratoire, de l’aspirine
- Caractérisation du composé obtenu
- Présentation orale, à l’ensemble de la classe, de la synthèse en justifiant et expliquant les étapes du protocole
- Présentation, à la classe, des aspects macroscopiques et microscopiques de la synthèse étudiée
Équipe B
Équipe C
Paracétamol
Aspirine
Présentation de la notion de réactif chimiosélectif
Après analyse des résultats des équipes A et B, on pouvait prévoir l’obtention des deux composés suivants :
OH
NH2
O
O O
OH
NH
O
CH3COOH
+
+
O
NH2
CH3COOH+
O
Mise en commun des résultats lors de la séance en classe entière qui suit l’activité expérimentale
S’il subsiste un choix entre -NH2 et -OH, l’anhydride réagit avec le groupe amino car c’est le meilleur nucléophile.
Acétanilide
Synthèse d’une molécule d’intérêt biologique
• Réinvestissement sur les mécanismes réactionnels : exemple de la synthèse de l’aspirine
Journées académiques - Mai/Juin 2012
- D’après le bilan macroscopique la synthèse de l’aspirine est une réaction de substitution
- Mais au niveau microscopique le mécanisme de cette substitution se fait non pas en une étape de substitution mais en deux étapes : addition puis élimination
Synthèse d’une molécule d’intérêt biologique
• Réinvestissement sur les mécanismes réactionnels : exemple de la synthèse de l’aspirine
Journées académiques - Mai/Juin 2012
Etape n
1
Addition
O
O
O
O
O
O H
O
O
OO
O
O H
HH
+
Synthèse d’une molécule d’intérêt biologique
• Réinvestissement sur les mécanismes réactionnels : exemple de la synthèse de l’aspirine
Journées académiques - Mai/Juin 2012
Etape n
2
Elimination
O
O
OO
O
O H
H
+
O
O
OO
O
O
H
+H
Synthèse d’une molécule d’intérêt biologique
• Réinvestissement sur les mécanismes réactionnels : exemple de la synthèse de l’aspirine
Journées académiques - Mai/Juin 2012
Etape n
3
Réaction acide-base