Année scolaire 2017/2018 de chimie n°7chimie-pcsi-jds.net/ds_17_18/DS7_PC.pdf · 2018-07-07 ·...
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LycéeJansondeSailly Devoir surveillé
de chimie n°7
Annéescolaire2017/2018
ClassedePCSI7optionPC
Duréedel’épreuve:3heures
Usagedescalculatrices:autorisé
N.B.Uneprésentationsoignéeestexigée;lesréponsesdoiventêtrejustifiées(avecconcision)etlesprincipauxrésultatsdoiventêtreencadrés.Enchimieorganique,lesmécanismesdoiventêtreécritsavecsoin,enreprésentanttouslesdoubletsnonliantsnécessaires.
Cedevoirestconstituédedeuxproblèmesindépendants.
I)Lesodium
Étudedunoyaudesodium
1) D’aprèslapositiondusodiumdansletableaupériodique,déterminersonnuméroatomique.Àquellefamilled’élémentsappartient-il?Déterminerlenuméroatomiquedurubidium,quiestdelamêmefamillemaissituédeuxpériodesen-dessousdusodiumdanslaclassification.
2) Donnerlacompositiondesnoyauxdesisotopes Na## et Na#$ etévaluerleurmassemolaire.
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3) Écrirel’équationderéactionmodélisantlatransformationnucléairedel’isotope Na#$ .Qu’appelle-t-on«demi-vie»𝜏d’unisotoperadioactif?Del’existencedecettevaleurconstantededemi-vie,quepeut-ondéduirequantàl’ordredelaréaction?Endéduirelaloidevitesse,ennotant𝑘laconstantecinétique,l’intégreretétablirlarelationliant𝑘àlademi-vie𝜏.
4) Évaluerlevolumesanguin𝑉sang decepatient.Commentercettevaleur.
Propriétéschimiquesdusodium
5) IdentifierlesdeuxcouplesOx/Redquiinterviennentlorsdelaréactiondusodiumavecl’eau(siaucuneflammen’apparaît),écrireleurdemi-équationélectronique,puisl’équationdelaréactionglobale.Quellepropriétéchimiquedusodiumestmiseenévidenceparcetteréaction?Ya-t-ilunlienentrecettepropriétéetlapositiondusodiumdanslaclassificationpériodique?
6) Proposeruneformulepourl’oxydedesodiumetécrirel’équationdelaréactionresponsabledelatransformationdusodiumenoxydedesodiumaucontactdel’air.
7) Interpréterlevirageaurosefuchsialorsqu’ondissoutdel’oxydedesodiumdansdel’eaucontenantdelaphénolphtaléine(indicateurcoloréacido-basique).
II)Leglucoseensynthèse
DestablesIRetRMNduprotonsontannexéesenfindesujet.
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1.Étudeduglucose
1) Lesosessontaussiappeléshydratesdecarbone.Proposeruneexplication.
2) Écrirelesdeuxreprésentationschaiseconformèresl’unedel’autredel’𝛼-puisdu𝛽-D-glucopyranose.Indiquerenlejustifiantlaconformationlaplusstabledanschaquecas.Discuterlastabilitérelativedel’𝛼-etdu𝛽-D-glucopyranose.
3) RappelerlaloideBiot.Donnerl’unitéetlasignificationdesdifférentstermesdecetteloi.
4) Décrireenquelqueslignesetgrâceàunschémaledispositifexpérimentalquipermetdemesurerl’activitéoptiqued’unesolution.
5) Proposerunmécanismepourlaréactionayantlieuenmilieuacidepermettantd’expliquerlesrésultatsexpérimentauxpourl’𝛼-D-glucopyranose.
6) Nommerlaréactionprécédenteetjustifiersoncaractèrerenversable.
7) Estimerlaproportiondechacunedesformes𝛼et𝛽danslasolutionS..Discutercerésultatauregarddelaréponseàlaquestion2.
2.Utilisationduglucosecommeprécurseurensynthèseorganique
2.1Préparationd’unecopulechirale
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8) Lapremièreréactionàlaquelleestsoumisle3,4,6-tri-O-acétyle-D-glucalestunehydrogénation
catalytique,quiprovoquelaréductiondelafonctionalcèneenalcane.Écrirelesdeuxproduitsquel’onauraitobtenussionavaitnonpasréduitmaisoxydécettemolécule,enlatraitantparH#O#enprésencedetétraoxyded’osmiumOsO$enquantitécatalytique(onnedemandepasd’écriredemécanismeréactionnel).Quellerelationd’isomérieya-t-ilentrecesdeuxproduits?Lesobtiendrait-on,selonvous,enmêmequantité?
Lecomposé1possèdelastructuresuivante:
9) Quellefonctionchimiquenouvelleapparaît-ellelorsdupassagede1à2?Proposerunréactifet
desconditionsopératoirespourréalisercettetransformation.Onnommeraetondessineralemontageàutiliser.Onnetientpascompteicidelastéréochimiedelaréaction.
10) Déterminerledescripteurstéréochimiquedel’atomedugroupefonctionnelainsicréé(c’est-à-direl’atomeCportantlegroupephényle).
11) Donnerlastructureducomposé3.Commentnomme-t-onlaréactiontransformant2en3?Écriresonmécanismeréactionnel.Justifierl’emploiduDMFcommesolvant(lastructuredecesolvantestdonnéeendébutdesujet).
12) Lecomposé4apourformulebruteC.2H.3O$.Endéduiresondegréd’insaturation.Donnerlastructurede4etvérifiercedegréd’insaturation.
13) Commentnomme-t-onlaréactiontransformant3en4?Pourquoiutilise-t-onunesolutionaqueused’acideacétiquepourlaréaliser,etnedoit-onpasutiliserunesolutiond’acidefortconcentré?Écriredifférentsproduits,nondésirésici,quel’onrisqueraitd’obtenirsiontraitait3parunesolutionaqueuseconcentréed’acidesulfurique.
Lecomposé5possèdelastructuresuivante:
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14) Onrappellequel’hydrogénationcatalytiqueestuneréactiondedéprotectiondeséthersbenzyliques.Endéduirelanaturede6etdel’autreproduitorganiqueformélorsdupassagede5à6.Endéterminantlesnombresd’oxydationappropriés,montrerquecetteréactionpeutêtreconsidéréecommeuneréactionderéduction.
15) Lasynthèseétudiéedanscettepartiemetenjeudeuxséquencesprotection/déprotection.Lesidentifieretexpliquerquelssontleursintérêtsrespectifsdanslastratégiedesynthèse.
16) LamoléculeAest-ellechirale?Sioui,dessinersonénantiomère.Combienadmet-elledestéréo-isomères?
2.2Préparationd’unintermédiairedesynthèse
17) L’iontriflateestunbonnucléofuge.Écrirel’iontriflateselonlaméthodedeLewis.Déterminerla
géométriedecetionenutilisantlaméthodeVSEPR,enprécisantaumieuxlamesuredesangles.
18) Écrirelaformuledel’anionetducationdansleréactifNaN2 ,nomméazoturedesodium.Écrirel’anionazotureselonlaméthodedeLewisetdéterminersagéométrie.
19) Donnerlastructureducomposé8enexpliquantlastéréochimiedupassagede7à8.
20) Écrirelaformuledel’anionetducationdansleréactifNaIO$ ,nomméperiodatedesodium.Enconsidérantlenombred’oxydationdel’iode,montrerquel’ionperiodatenepeutêtrequ’unoxydant.
21) Donnerlastructureducomposé9etattribuerlesbandesduspectreIRévoquéesprécédemment.Expliquercequisepassedanschacunedesdeuxétapesdupassagede8à9(sansécriredemécanismeréactionnel).
22) Donnerlastructurede10,écrirel’équationéquilibréedelaréactiontransformant9en10,puisproposerunmécanismeréactionnel.
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23) IdentifierlessignauxcorrespondantauxprotonsdugroupeesteréthyliqueetBoc,aumoyendes
intégrations,desdéplacementschimiquesetdesstructuresdecouplage,quel’onjustifierabrièvement.
Onsouhaiteparlasuitecomprendrelescouplagescomplexesquedonnentcertainsprotonsdelachaînecarbonéede11.
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24) LesprotonsHbetHb'correspondentrespectivementauxsignauxH.etH.′.Ens’appuyantsuruneprojectiondeNewmanadéquateetens’aidantdesfigures3et4,justifierlamultiplicitéetlesconstantesdecouplagedecessignaux.
25) Àquelsignaldutableau1peut-onattribuerleprotonHf?Justifierlastructuredecouplageobservée.