Ce contrôle de synthèse organique et de spectroscopie dure 1 h 30. Il associe l’analyse de spectres infrarouge et de résonance magnétique nucléaire (RMN), la stratégie d’une synthèse et le contrôle par chromatographie. La calculatrice est autorisée, aucun document. Barème total : 20 points. Les résultats sont donnés avec leur unité et un nombre cohérent de chiffres significatifs.
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Le sujet du contrôle de synthèse
Exercice 1 : spectre infrarouge d’une molécule C3H6O (5 points)Un flacon contient un liquide de formule brute C3H6O. Son spectre infrarouge est donné ci-dessous (transmittance en fonction du nombre d’onde σ).
| Liaison | Nombre d’onde (cm⁻¹) | Allure |
|---|---|---|
| O–H alcool | 3200 à 3400 | forte, large |
| O–H acide carboxylique | 2500 à 3200 | forte, très large |
| C–H alcane | 2850 à 3000 | moyenne, fine |
| C–H aldéhyde | 2700 à 2900 (deux bandes) | moyenne |
| C=O aldéhyde ou cétone | 1700 à 1740 | forte, fine |
| C=C | 1620 à 1680 | moyenne |
- Calculer le degré d’insaturation de C3H6O. Qu’en déduit-on sur la structure ?
- Relever les bandes d’absorption caractéristiques du spectre et les attribuer à des liaisons.
- Parmi la propanone, le propanal et le prop-2-én-1-ol (CH2=CH–CH2OH), identifier le composé en justifiant l’élimination des deux autres.
- Un nombre d’onde σ est l’inverse d’une longueur d’onde : σ = 1 ÷ λ. Calculer la longueur d’onde correspondant à la bande la plus intense, en µm.
Un ester de formule brute C4H8O2 peut être l’éthanoate d’éthyle CH3–CO–O–CH2–CH3 ou le propanoate de méthyle CH3–CH2–CO–O–CH3. Son spectre RMN du proton est représenté ci-dessous ; la courbe d’intégration donne 2, 3 et 3 unités, de gauche à droite.
| Type de proton | δ (ppm) |
|---|---|
| CH3–C (alcane) | 0,9 à 1,3 |
| CH3–C=O | 2,0 à 2,2 |
| CH2–C=O | 2,2 à 2,5 |
| CH3–O | 3,3 à 3,9 |
| CH2–O | 3,9 à 4,3 |
- Combien de groupes de protons équivalents chaque ester possède-t-il ? Combien de signaux le spectre présente-t-il ?
- Rappeler la règle des (n + 1)-uplets et l’appliquer aux signaux du spectre.
- Attribuer chaque signal à un groupe de protons de l’ester.
- Conclure : de quel ester s’agit-il ? Justifier le rejet de l’autre.
On chauffe à reflux pendant 45 min, avec quelques gouttes d’acide sulfurique concentré, un mélange de V1 = 15,0 mL d’acide éthanoïque (M = 60,0 g/mol ; ρ = 1,05 g/mL) et de V2 = 10,0 mL de butan-1-ol (M = 74,0 g/mol ; ρ = 0,81 g/mL). Après lavage, séchage et distillation, on obtient une masse m = 9,3 g d’éthanoate de butyle (M = 116 g/mol).
- Écrire l’équation de la réaction en formules semi-développées. Nommer le groupe caractéristique formé.
- Quel est le rôle du chauffage ? Du reflux ? De l’acide sulfurique ? Cette réaction est-elle limitée ?
- Calculer les quantités de matière initiales des réactifs et identifier le réactif limitant.
- Calculer le rendement de la synthèse.
- Proposer une modification du protocole pour améliorer ce rendement.
On contrôle la synthèse précédente par chromatographie sur couche mince. Les dépôts sont : A, le butan-1-ol ; B, le mélange en fin de chauffage ; C, le produit après purification. Le front de l’éluant a parcouru 8,0 cm depuis la ligne de dépôt (échelle du schéma : 1 cm de plaque = 25 pixels).
- Rappeler le principe de la chromatographie sur couche mince.
- Déterminer les rapports frontaux des deux espèces observées. Quelle espèce migre le plus ? Pourquoi ?
- Interpréter les dépôts B et C : la transformation est-elle terminée ? Le produit purifié est-il pur ?
