Terminale S−Avril 2020 Page 1 sur 8
EXERCICE - I - Chimie
Cet exercice comporte 2 parties indépendantes
Partie 1 : Lorsque des fruits mûrissent, leurs membranes cellulaires s'oxydent, engendrant la dégradation des acides gras à longues chaînes qu'elles contiennent. Il en résulte la formation de deux molécules A et B représentées ci-dessous. Ces deux espèces chimiques, dont les concentrations augmentent lors du mûrissement des fruits, ont la propriété de masquer la saveur caractéristique du fruit non mûr.
Les molécules A et B présentent les formules semi-développées suivantes :
C H3
C O
CH2 CH2
CH
CH3 CH3 O
C H3
CH2 CH
C O
CH2 CH3
CH3 O
A B
Données :
▪ Températures d'ébullition sous une pression de 1 bar :
Composé Molécule A Stéréoisomère B1 de B Stéréoisomère B2 de B Température d'ébullition sous une
pression de 1 bar (en °C)
142 133 133
1. Propriétés des molécules A et B.
1.1. Donner le nom de la fonction chimique présente dans les deux molécules A et B.
1.2. Parmi les molécules A et B, l’une se nomme éthanoate de 3-méthylbutyle.
Laquelle ? Justifier.
1.3. Préciser la formule brute des composés A et B. En déduire par quelle relation les molécules A et B sont liées.
1.4. La molécule A présente-t-elle un (ou des) carbones asymétriques ? Si oui, le (ou les) matérialiser sur votre copie à l'aide d'un astérisque (*).
1.5. Le composé B présente deux stéréoisomères B1et B2 dessinés ci-dessous.
Donner le nom du type de stéréoisomérie de configuration qui lie les composés B1 et B2. Justifier.
Terminale S−Avril 2020 Page 2 sur 8 2. Identification des molécules A et B à l'aide de la spectroscopie RMN du proton 1H.
On donne en document 1 deux spectres RMN du proton 1H correspondant aux molécules A et B.
2.1. Noter dans les tableaux donnés en ANNEXE À RENDRE AVEC LA COPIE la multiplicité des hydrogènes proches des groupements –COO- des molécules A et B.
2.2. Associer alors les spectres 1 et 2 aux molécules A et B. Justifier.
Terminale S−Avril 2020 Page 3 sur 8 Document 1 : Sspectres RMN du proton 1H correspondant aux molécules A et B
Données de RMN du proton 1H : ordre de grandeur de déplacements chimiques ( en ppm) de quelques types d’hydrogène :
-CH2-COOR : 2,4 -CH-COOR : 2,4 – 2,7 -CH2-OCOR : 4,0 – 4,5 -CH-OCOR : 4,8
Terminale S−Avril 2020 Page 4 sur 8 Partie 2 : Les esters ont cependant souvent une odeur agréable. On les trouve naturellement dans les fruits dont ils sont souvent responsables de l'arôme. La parfumerie et l'industrie alimentaire utilisent aussi les esters et les obtiennent par extraction ou par synthèse.
Il est relativement aisé de passer d'un produit ayant une odeur âcre, comme l'acide formique, à l'odeur fruitée d'un ester. C'est ce qu'illustre le protocole décrit ci-après de la synthèse du méthanoate de butyle à partir de l'acide formique.
Protocole
Préparer un bain-marie à une température d'environ 50 °C. Sous la hotte, verser dans un erlenmeyer 7,5 mL d'acide formique, puis 18,0 mL de butan-1-ol, ajouter 3 gouttes d'acide sulfurique concentré.
Surmonter l'erlenmeyer contenant le mélange d'un réfrigérant à air, le placer dans le bain-marie et assurer une agitation douce.
Document 2 : Rendement d’une transformation
Le rendement d’une transformation en pourcentage est défini par :
Expérimental : masse ou quantité de matière de produit de la réaction étudiée réellement obtenue.
Théorique : masse ou quantité de produits que l’on pourrait obtenir théoriquement en supposant cette réaction totale.
Données :
- masse molaire moléculaire et densité :
Espèce chimique Masse molaire moléculaire (g.mol−1) Densité
acide formique 46,0 1,22
butan-1-ol 74,0 0,81
- masse volumique de l’eau : eau = 1,0 g.mL−1 ; - numéros atomiques Z(C) = 6 ; Z(O) = 8.
L'équation de la réaction de synthèse est :
C
H OH
O
+
HO CH2 CH2 CH2 CH3 HC O CH2 CH2 CH2 OCH3
+
H2Oacide formique butan - 1 - ol méthanoate de butyle eau
On se propose d’étudier les caractéristiques de la synthèse du méthanoate de butyle à partir de l’acide formique puis d’identifier des esters.
Terminale S−Avril 2020 Page 5 sur 8 Le candidat utilisera ses connaissances ainsi que les informations fournies.
3. Réaction de synthèse du méthanoate de butyle
3.1. Quel est le nom en nomenclature officielle de l'acide formique ?
3.2. Recopier l'équation de la réaction de synthèse étudiée en utilisant une écriture topologique.
Encadrer les groupes caractéristiques et nommer les fonctions correspondantes.
4. Optimisation du protocole de synthèse
4.1. Le mélange de réactifs dans le protocole décrit est-il stœchiométrique ? Justifier.
4.2. Identifier dans le document 3, la courbe correspondant au protocole décrit. Justifier.
4.3. Déterminer le rendement de la synthèse dans le cas de ce protocole.
4.4. Effectuer une analyse détaillée de l'influence des conditions expérimentales sur la synthèse du méthanoate de butyle.
4.5. Présenter les conditions optimales de la synthèse du méthanoate de butyle et les justifier.
Terminale S−Avril 2020 Page 6 sur 8 Document 3 : Etude expérimentale de la synthèse du méthanoate de butyle
Pour optimiser cette synthèse, des études expérimentales sont menées dans différentes conditions. La quantité initiale de butan-1-ol utilisée est celle du protocole. Les résultats sont représentés par les graphiques ci-dessous :
Document 3.a.
Document 3.b
Terminale S−Avril 2020 Page 7 sur 8 5. Identification d'esters
La distinction des esters par l'odeur peut être incertaine, en particulier dans le cas du méthanoate d'éthyle et de l'éthanoate de méthyle.
La formule semi-développée du méthanoate d'éthyle est :
5.1. Indiquer la formule semi-développée de l'éthanoate de méthyle.
5.2. La spectroscopie IR permet-elle de distinguer l'éthanoate de méthyle du méthanoate d'éthyle ? Justifier.
5.3. Associer chacun des spectres du document 4 à l'ester correspondant. Justifier.
Document 4 : Spectres de RMN du proton de l’éthanoate de méthyle et du méthanoate d’éthyle
C
H O CH
2CH
3O
Terminale S−Avril 2020 Page 8 sur 8 Nom :
Prénom :
Classe :
ANNEXE À RENDRE AGRAFÉE AVEC LA COPIE
Molécule A :
Molécule B :
Hydrogène Multiplicité HA
HB
Hydrogène Multiplicité HC
HD
