Chimie Propriétés de diastéréoisomères Chap.12 TP inspiré par M. Landel (site web : http://www.physique94.com/)

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TS Thème : Lois et modèles TP n°13

Chimie Propriétés de diastéréoisomères Chap.12

TP inspiré par M. Landel (site web : http://www.physique94.com/)

NOM : ... Prénom : ... Classe : TS … NOM : ... Prénom : ... Classe : TS …

I II III IV V Rédaction

NOTE

Critère A-B-C-D A-B-C-D A-B-C-D A-B-C-D A-B-C-D A-B-C-D

.../20

Coefficient 4 6 2 3 2 3

 Problématique : A partir de données, élaborer un protocole pour déterminer quelles sont les propriétés différentes de l’acide maléique et de l’acide fumarique.

Document 1 : acide maléique et acide fumarique

Nom « commun » acide maléique acide fumarique

Utilisation

Est utilisé pour la synthèse de produits intervenant dans la formulation de

certains détergents.

Il est moins stable que l’acide fumarique, car la proximité des groupements carboxyles rend aisée une déshydratation

en anhydride maléique.

Existe à l’état naturel, présent dans la plupart des fruits et dans de nombreux

légumes. Ce composé, présent naturellement dans la peau, est utilisé

dans le traitement nutritionnel du psoriasis (affection dermatologique).

L’acide fumarique est utilisé par exemple comme additif alimentaire (E 297) en tant

qu’acidifiant.

Formule brute Nom en nomenclature

officielle acide (….)-butènedioïque acide (….)-butènedioïque

Formule semi-développée ^C

CH CH C O

OH

O O

H _C

CH O O

H

CH C O

OH

Formule topologique

Aspect Solide blanc Solide blanc

Masse molaire (en g.mol^-1) 116,07 116,07

Rapport frontal avec l’éluant 0,55 0,80

solubilité dans l’eau à 25°C Très grande (780 g.L^-1) Très faible (6,3 g.L^-1)

Température de fusion 140°C 287°C

pH d’une solution aqueuse de

concentration 3,5  10^-2 mol.L^-1 1,9 2,4

Danger

Irritant Corrosif Irritant

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Document 2 : matériel disponible

 1 bécher 250 mL, 1 bécher 100 mL, 1 éprouvette 100 mL, 2 petits béchers 50 mL 1 fiole jaugée 100 mL

 2 béchers avec quelques grammes de « poudre A » et « poudre B » inconnues

 Agitateur magnétique + turbulent

 pH-mètre préalablement étalonné

 Plaque CCM, cuve à élution, pics en bois (au bureau)

 1 balance, 1 capsule de pesée sous la hotte

 Eau distillée

 Boite de modèles moléculaires

 Banc Köfler (sous la hotte),

 Lampe UV (au bureau)

 Eluant en flacon : 60 mL d’éthanoate d’éthyle + 40mL de cyclohexane+ 10 mL acide méthanoïque (sous la hotte).

On pourra dissoudre, dans deux petits béchers contenant 2 mL de propanol quelques cristaux de chaque isomère

 Acide maléique, acide fumarique (en réserve) Document 3 : Spectres IR et RMN des molécules

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Document 4 : Mesure de la température de fusion d’un corps

 On utilise pour cela un banc Köfler

 Un banc Köfler est constitué d’une plaque métallique chauffée par une résistance électrique. Le dispositif est conçu de telle manière que la température varie tout au long de ce banc

(gradient de température). La température est relativement basse à droite et bien plus élevée à gauche.

 Si on dépose un peu de solide dans la partie droite du banc et que l’on déplace celle-ci vers la gauche, on va pouvoir observer à quel endroit et donc à quelle température la substance fond.

 Un index permet de relever la température après étalonnage.

Document 5 : Indication sur la température de fusion

 La température de fusion d’un solide est liée à la quantité d’énergie qu’il faut apporter pour briser les liaisons hydrogènes intermoléculaires de ce solide

Document 6 : Quelques définitions en stéréoisomérie

 Des stéréoisomères (ou isomères de configuration) sont des composés de même formule brute, mais qui différent seulement par la disposition des atomes dans l’espace.

 On appelle énantiomères, deux molécules isomères :

 Qui ne sont pas superposables (elles ont des configurations différentes) ;

 Qui sont images l’une de l’autre dans un miroir.

 On appelle diastéréoisomères, deux molécules isomères :

 Qui ne sont pas superposables (elles ont des configurations différentes) ;

 Qui ne sont pas images l’une de l’autre dans un miroir.

I. Protocoles expérimentaux (avec mesures de sécurité)

 Vous devez rédiger 4 expériences possibles pour identifier les produits notés A et B



 Pour chaque expérience, noter vos observations. Interpréter le résultat obtenu.

 Conclusion (réponse à la problématique)

II. Interprétation microscopique des résultats expérimentaux 1) Dans le document 1, donner la formule brute des isomères.

2) Dans le document 1, compléter le nom de chaque isomère en précisant l’isomérie Z ou E.

3) Dans le document 1, représenter les formules topologiques des deux molécules.

4) Construire à l’aide de la boîte pour modèles moléculaires un isomère : avez-vous construit l’isomère Z ou E ?



5) Ces deux molécules sont-elles diastéréoisomères ou énantiomères ? Justifier votre réponse.

6) Schématiser les liaisons hydrogène intermoléculaires et intramoléculaires susceptibles de se former.

7) Justifier que la température de fusion de l’acide fumarique est plus élevée que celle de l’acide maléique.

8) Des deux acides, prévoir celui qui est le plus soluble dans l’eau sachant que les substances polaires sont très solubles dans les solvants polaires, alors que les substances peu polaires le sont beaucoup moins. Cela est-il confirmé l’un de vos résultats expérimentaux ?

III. Spectres des molécules

 Les spectres IR et RMN de ces deux acides sont donnés dans le document 3.

1) Quelle différence importante constate-t-on entre les deux spectres IR de ces molécules ?

2) Justifier la difficulté d’identifier chaque acide par son spectre RMN en vous reportant au document 3.

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IV. Les molécules chirales

 Soient les représentations de Cram suivantes :

1) Identifier, parmi les molécules proposées, celles qui sont chirales.

2) Dessiner en représentation de Cram les images dans un miroir plan des molécules chirales.

3) Trouver le point commun entre les molécules identifiées comme « chirale » dans cette activité.

V. Relations de stéréoisomérie entre molécules

 A l’aide des modèles moléculaires mis à disposition, on souhaite déterminer, dans les lots suivants, les molécules :

 Qui sont identiques ;

 Qui sont des énantiomères ;

 Qui sont des diastéréoisomères.

 Compléter le tableau ci-dessous avec les molécules des lots 1, 2 et 3.

Lot Enantiomères diastéréoisomères Molécules identiques 1

2 3

4) Parmi les neuf molécules ci-dessus, repérer celles qui possèdent des atomes de carbone asymétriques, c’est-à-dire liés à quatre atomes ou groupes d’atomes différents. Les repérer par des astérisques.

C Cl

F F

H C

Cl

Br I

H C C

Cl

Cl H

H

C C

Br

Cl Cl

Cl

H H

A B C D

H₅C₂ C C H₃

Cl

H

H H₅C₂ C

Cl

CH₃

C₂H₅ C

C H₃

Cl

H

A B C

Lot 1

Lot 2

Lot 3

A B C

A B C

C C

C H₃ Br

H

H

CH₃ Br

C C

C H₃ H

Br

H

CH₃ Br

C C

C H₃ Br

H

CH₃

H Br

C C

Cl

H

H

Br

C C

Br

H

H

Cl

C C

Cl

H

Br

H