Voici le corrigé de la synthèse organique et de la spectroscopie du contrôle, avec les justifications attendues et les points de chaque question sur un total de 20.
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Corrigé de la synthèse : la correction détaillée avec le barème
Correction de l’exercice 1 : spectre infrarouge d’une molécule C3H6O (5 points)- Pour C3H6O : degré d’insaturation = (2 × 3 + 2 − 6) ÷ 2 = 1. Il y a une liaison double C=C ou C=O, ou un cycle (1 pt).
- Bande fine vers 2970 cm−1 : C–H d’alcane ; bande très intense vers 1715 cm−1 : C=O d’aldéhyde ou de cétone ; bandes entre 1400 et 1200 cm−1, non exploitées ici (1,5 pt).
- Il n’y a pas de bande large vers 3300 cm−1 : on élimine le prop-2-én-1-ol (alcool). L’absence de deux bandes vers 2700 à 2900 cm−1 (C–H aldéhyde) élimine le propanal. Le composé est la propanone (1,5 pt).
- λ = 1 ÷ σ = 1 ÷ 1715 = 5,83 × 10−4 cm, soit 5,83 µm (1 pt).
- Éthanoate d’éthyle : CH3–C=O, O–CH2, CH3 de l’éthyle : 3 groupes. Propanoate de méthyle : CH3–CH2, CH2–C=O, O–CH3 : 3 groupes. Le spectre présente 3 signaux (1 pt).
- Un groupe de protons ayant n voisins équivalents sur les atomes de carbone adjacents donne un signal de n + 1 pics. Ici : le signal à 4,1 ppm a 4 pics (3 voisins H), celui à 2,05 ppm est un singulet (aucun voisin), celui à 1,25 ppm est un triplet (2 voisins) (1,5 pt).
- Quadruplet, 2 H, 4,1 ppm : O–CH2– voisin d’un CH3. Singulet, 3 H, 2,05 ppm : CH3–C=O. Triplet, 3 H, 1,25 ppm : –CH3 voisin d’un CH2 (1,5 pt).
- L’ester est l’éthanoate d’éthyle. Le propanoate de méthyle donnerait un singulet de 3 H entre 3,3 et 3,9 ppm (CH3–O), un quadruplet de 2 H vers 2,3 ppm et un triplet de 3 H vers 1,1 ppm ; or aucun signal n’apparaît vers 3,6 ppm et le quadruplet est à 4,1 ppm (1 pt).
- CH3COOH + CH3CH2CH2CH2OH ⇌ CH3COOCH2CH2CH2CH3 + H2O. Groupe caractéristique formé : groupe ester (–COO–) (1 pt).
- Le chauffage augmente la vitesse de la réaction ; le reflux condense les vapeurs, ce qui évite les pertes de matière ; l’acide sulfurique est un catalyseur : il accélère la réaction sans modifier l’état d’équilibre. La réaction est lente et limitée (1,5 pt).
- m(acide) = 1,05 × 15,0 = 15,75 g, n = 15,75 ÷ 60,0 = 0,263 mol ; m(alcool) = 0,81 × 10,0 = 8,10 g, n = 8,10 ÷ 74,0 = 0,109 mol. Les coefficients valent 1 : le butan-1-ol est limitant (1,5 pt).
- nmax = 0,109 mol ; mmax = 0,109 × 116 = 12,7 g ; rendement = 9,3 ÷ 12,7 = 73 % (1,5 pt).
- Utiliser un excès d’acide plus important ou éliminer l’eau au fur et à mesure (montage de Dean-Stark), ce qui déplace l’équilibre vers la formation d’ester (0,5 pt).
- La chromatographie sépare les espèces d’un mélange grâce à leur affinité différente pour la phase stationnaire (plaque de silice) et pour la phase mobile (éluant qui monte par capillarité) ; les espèces plus solubles dans l’éluant migrent plus loin (1 pt).
- Rf = distance parcourue par l’espèce ÷ distance parcourue par le front. Le butan-1-ol a parcouru (235 − 155) ÷ 25 = 3,2 cm : Rf = 3,2 ÷ 8,0 = 0,40. L’ester a parcouru (235 − 85) ÷ 25 = 6,0 cm : Rf = 6,0 ÷ 8,0 = 0,75. L’ester migre le plus : il est moins polaire que l’alcool, donc moins retenu par la silice polaire (1,5 pt).
- Le dépôt B présente deux taches, à Rf = 0,40 (alcool restant) et 0,75 (ester) : la transformation n’est pas terminée (réaction limitée). Le dépôt C ne présente qu’une tache à Rf = 0,75 : le produit purifié est pur à la sensibilité de la méthode (1,5 pt).
Barème et conseils
| Exercice | Thème | Points |
|---|---|---|
| 1 | Spectre infrarouge | 5 |
| 2 | Spectre RMN | 5 |
| 3 | Synthèse de l’ester | 6 |
| 4 | Chromatographie | 4 |
| Total | 20 |
Pour progresser : face à un spectre, listez d’abord les bandes ou les signaux, puis rapprochez-les des tables, et enfin éliminez les hypothèses incompatibles. En synthèse, calculez toujours les quantités de matière avant de désigner le réactif limitant.