Bac S 2017 Liban Correction © http://labolycee.org EXERCICE II : L ...
Le recours à l'irradiation micro-ondes permet d'augmenter le rendement de 37%
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EXERCICE II : LACIDE LÉVUNILIQUE, UNE MOLÉCULE QUI A DE LAVENIR (10 POINTS)
1. Optimisation du protocole de synthèse de lacide lévulinique
1.1. Paramètres modifiés pour la synthèse :
- matière première contenant la cellulose,
- irradiation micro-ondes,
- nature du catalyseur.
1.2. Le recours à lirradiation micro-ondes permet daugmenter le rendement de 37% à 45,8%.
Cest le seul paramètre qui ait été modifié entre les synthèses 2 et 3.
1.3. Entre les synthèses 2 et 4, le paramètre qui a influencé le rendement est la nature de la matière première.
Lutilisation de boues de papier est plus favorable au rendement que lutilisation de sciure de peuplier alors que leur teneur en cellulose sont très proches.
1.4. Si lon compare les synthèses 4 et 6, on constate que lutilisation du catalyseur acide chlorhydrique est bien plus favorable au rendement (55,1%) que celle de lacide sulfurique (26,5%). Lors de ces deux synthèses, le changement de catalyseur était le seul paramètre modifié.
1.5. Parmi les douze principes de la chimie verte, le seul qui soit identifiable ici semble être le rendement énergétique. Il sagit dobtenir le meilleur rendement de la synthèse avec une durée (de chauffage) la plus courte possible.
On identifie la synthèse n°5 comme étant celle qui respecte le mieux ce critère.
On considère que les boues de papier constituent une matière première renouvelable comme toutes les matières premières présentées ici.
1.6. Il faut déterminer la quantité de matière de cellulose nCel présente dans 1,75 g de boues de papier. On sait que les boues contiennent 57,1% en masse de cellulose.
masse de cellulose contenue dans une masse mmatière de matière première :
mCel = 0,571.mmatière (= 0,571×1,75 g)
quantité de matière de cellulose :nCel = EMBED Equation.DSMT4 = EMBED Equation.DSMT4
La cellulose est constituée de n motifs, donc sa masse molaire est MCel = n.M où M est la masse molaire dun seul motif.
nCel = EMBED Equation.DSMT4
Avec un rendement de 100%, nCel mol de cellulose donnerait nacide = n.nCel mol dacide lévulinique.
Mais avec un rendement de 55,5%, on nobtiendra que nexp mol, soit 55,5% de cette quantité de matière nacide : nexp = 0,555.nacide
nexp = 0,555.n.nCel
nexp = 0,555.n. EMBED Equation.DSMT4
nexp = 0,555 × EMBED Equation.DSMT4
mexp = nexp . Macide
mexp = 0,555 × EMBED Equation.DSMT4 . Macide
mexp =0,555 × EMBED Equation.DSMT4 × 116,1 = 0,397 g
2.1. Étude théorique dune première voie de synthèse de la valérolactone
2.1.1. fonction acide carboxylique fonction alcool
réaction 1
fonction cétone fonction acide carboxylique
2.1.2. Il sagit dune réaction daddition au cours de laquelle deux réactifs dont lun avec une double liaison donnent un produit.
2.1.3. 4 groupes de protons équivalents
singulet triplet
triplet singulet
On a utilisé la règle du (n+1)uplet.
Et un proton sur un atome doxygène donne toujours un singulet.
2.1.4. Le spectre IR du composé 1 présente une bande caractéristique de la liaison OH dun alcool qui nest pas présente dans le spectre IR de lacide lévulinique.
Le spectre de RMN du composé 1 contient 6 signaux et non pas 4 comme celui de lacide lévulinique.
2.1.5.
Le composé 1 possède un seul atome de carbone asymétrique. Cest une molécule chirale qui possède donc deux stéréoisomères images lun de lautre dans un miroir plan et non superposables. Ce sont des énantiomères.
2.1.6.
2.2. Étude de la deuxième voie de synthèse sélective dun stéréoisomère de la valérolactone
2.2.1. Les stéréoisomères ne possédant pas les mêmes formes géométriques, ils ninteragissent pas de la même façon avec les sites récepteurs ciblés par le médicament. Il est possible quun stéréoisomères soit un médicament efficace alors que lautre soit inefficace voire nocif.
2.2.2. nacide = EMBED Equation.DSMT4 = EMBED Equation.DSMT4
nacide = EMBED Equation.DSMT4 = 5,1×103 mol
2.2.3. Daprès les équations des réactions 1 et 2, la consommation dune mole dacide lévulinique conduit à la formation dune mole de valérolactone notée -GLV.
n-GLV formée = nacide consommée
EMBED Equation.DSMT4 = EMBED Equation.DSMT4
EMBED Equation.DSMT4 Cm en g.L-1 donc V en L, ÁGLV en g.mL-1 donc Vmax en mL
EMBED Equation.DSMT4 = 0,48 mL
En raison du traitement du milieu réactionnel et de la purification, on n obtient que V = 0,38 mL de valérolactone alors qu avec un rendement de 100 % on pouvait en espérer 0,48 mL.
Le rendement est donc · = EMBED Equation.DSMT4
· = EMBED Equation.DSMT4 = 0,79 = 79%.
Ce résultat étant à 1% près égal aux 78% indiqué dans la publication, on peut considérer qu il est compatible avec celle-ci.
Compétences exigibles ou attendues :
En noir : officiel (Au B.O.)
En italique : officieux (au regard des sujets de bac depuis 2013)
Extraire et exploiter des informations en lien avec la chimie durable.
Comparer les avantages et les inconvénients de procédés de synthèse du point de vue du respect de l'environnement.
Stchiométrie, calcul de quantités de matière.
Associer un groupe caractéristique à une fonction chimique.
Déterminer la catégorie d'une réaction (substitution, addition, élimination) à partir de l'examen de la nature des réactifs et des produits.
Spectroscopie de RMN : Identifier les protons équivalents. Relier la multiplicité du signal au nombre de voisins.
Spectroscopie IR : Exploiter un spectre IR pour déterminer des groupes caractéristiques à l'aide de tables de données
Utiliser la représentation de Cram.
À partir d'un modèle moléculaire ou d'une représentation reconnaître si des molécules sont identiques, énantiomères ou diastéréoisomères.
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& Fa$gdê$a$gdZÄ $
& Fa$gdêeurs 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.
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.
Calcul d'un rendement.
OH
O
OH
H2
(
O
O
OH
+
OH
O
C
CH2
CH2
O
C
CH3
OH
O
C
CH2
CH2
OH
CH
CH3
EMBED ACD.ChemSketch.20 \s
EMBED ACD.ChemSketch.20 \s
HOOC-CH2CH2
CH2CH2COOH
