Programme en vigueur — arrêtés du 19 juillet 2019, applicable en Terminale depuis la rentrée 2020. Voir le texte
Réactions de substitution, élimination, addition. Stéréochimie : isomérie, chiralité, énantiomères. Spectroscopie IR et RMN ¹H (introduction). Identification de groupes fonctionnels.
La règle d'or
Deux énantiomères ont les mêmes propriétés physiques et chimiques, sauf face à un milieu lui-même chiral, qui seul sait les distinguer.
L'erreur que tout le monde fait
Chercher à séparer deux énantiomères par distillation ou les identifier par leur température de fusion.
Ces grandeurs sont rigoureusement identiques pour les deux formes, puisque les liaisons et leurs énergies sont les mêmes : seule la disposition dans l'espace change. La différence n'apparaît que devant une lumière polarisée ou devant une molécule chirale, ce qui explique qu'un seul des deux énantiomères soit actif dans l'organisme.
Avant de comparer deux structures, vérifier si elles sont images l'une de l'autre dans un miroir et non superposables.
Deux molécules peuvent avoir la même formule, les mêmes liaisons, la même température d'ébullition, la même solubilité — et l'une soigner quand l'autre ne fait rien. Elles ne diffèrent que par leur image dans un miroir. Ce chapitre montre pourquoi cette différence est invisible à presque toutes les méthodes de séparation, et ce qui sait pourtant la détecter.
1Trois grands types de réactions
Propriété
Une réaction de substitution remplace un atome ou un groupe par un autre : le squelette carboné est conservé. Une réaction d'élimination retire deux groupes portés par des carbones voisins et crée une double liaison. Une réaction d'addition fait l'inverse : elle ouvre une double liaison pour y fixer deux groupes. Reconnaître laquelle est en jeu se fait en comparant le nombre d'insaturations du réactif et du produit.
Ces trois transformations peuvent souvent affecter les mêmes réactifs, et les conditions expérimentales décident laquelle l'emporte : la nature du solvant, la température et la base employée orientent une compétition entre substitution et élimination. Une même équipe de réactifs peut donc donner deux produits différents selon le protocole — d'où l'importance de décrire les conditions, et pas seulement les espèces.
2La chiralité
Définition
Chiralité — Une molécule est chirale lorsqu'elle n'est pas superposable à son image dans un miroir — comme une main gauche et une main droite. Le cas le plus fréquent au lycée est celui d'un carbone portant quatre groupes différents, dit carbone asymétrique. Les deux molécules images l'une de l'autre s'appellent des énantiomères.
chiraliteˊ:nonsuperposableaˋsonimagespeˊculaire
Règle
Deux énantiomères ont exactement les mêmes propriétés physiques et chimiques — même masse molaire, même température de fusion, même solubilité, mêmes spectres usuels — sauf face à un milieu lui-même chiral. Seul un tel milieu sait les distinguer : la lumière polarisée, qu'ils font tourner en sens opposés, et les systèmes biologiques, dont les récepteurs et les enzymes sont eux-mêmes chiraux.
Piège
Chercher à séparer deux énantiomères par distillation, ou les identifier par leur température de fusion.
Pourquoi — Ces méthodes reposent sur des différences de propriétés physiques, que deux énantiomères n'ont précisément pas. Une distillation les fera passer ensemble, et la température de fusion sera la même pour les deux. Il faut passer par un milieu chiral : réaction avec un réactif chiral, ou chromatographie sur phase stationnaire chirale.
Le réflexe — Pour séparer des énantiomères, il faut un partenaire chiral.
C'est pourquoi la chiralité est décisive en pharmacologie : un récepteur biologique étant chiral, il n'accueille en général qu'un des deux énantiomères. Le second peut être inactif, ou produire un effet différent. Une synthèse qui produit les deux en quantités égales fabrique donc au mieux la moitié de ce qu'on cherche — d'où l'importance des méthodes de synthèse sélectives.
3Identifier par les spectres
Définition
Spectroscopie IR — La spectroscopie IR repose sur l'absorption d'infrarouges par les liaisons, qui vibrent à des fréquences caractéristiques. Elle sert donc à identifier les groupes caractéristiques présents : une bande large vers les nombres d'onde élevés signale une liaison O–H d'alcool, une bande fine et intense une liaison C=O. Elle renseigne sur les fonctions, très peu sur le squelette carboné.
Définition
RMN — La RMN du proton renseigne sur le squelette : elle distingue les protons selon leur environnement chimique. Trois informations se lisent sur un spectre. Le nombre de signaux donne le nombre de groupes de protons équivalents. La courbe d'intégration donne le nombre de protons de chaque groupe. La multiplicité d'un signal — la façon dont il se découpe — renseigne sur les protons portés par les atomes voisins.
Les deux techniques sont complémentaires et ne se remplacent pas : la spectroscopie IR dit quelles fonctions sont présentes, la RMN dit comment les atomes sont agencés. Chercher un squelette dans un spectre infrarouge ou une fonction dans un spectre de RMN revient à demander à chaque méthode ce qu'elle ne mesure pas.
Identifier une molécule à partir de ses spectres
Relever la formule brute si elle est donnée, et calculer le nombre d'insaturations.
Lire la spectroscopie IR pour identifier les groupes caractéristiques présents et surtout absents.
Compter les signaux de RMN : c'est le nombre de groupes de protons équivalents.
Lire la courbe d'intégration pour attribuer un nombre de protons à chaque signal.6+2+1=9Trois signaux intégrant pour 6, 2 et 1 protons correspondent à neuf protons au total.
Exploiter la multiplicité pour placer les groupes les uns par rapport aux autres, puis proposer une structure et la vérifier sur tous les spectres à la fois.
▢Ai-je comparé les insaturations pour identifier le type de réaction ?
▢Ai-je précisé les conditions et pas seulement les réactifs ?
▢Ai-je vérifié les quatre groupes différents avant de conclure à la chiralité ?
▢Ai-je écarté toute séparation d'énantiomères par une méthode non chirale ?
▢Ai-je demandé à l'IR les fonctions et à la RMN le squelette ?
▢Ai-je vérifié ma structure sur tous les spectres, pas seulement sur un ?
L'essentiel en 11 points
·Substitution : remplacement. Élimination : création d'une double liaison. Addition : l'inverse.
·Comparer les insaturations du réactif et du produit pour trancher.
·Les conditions décident entre substitution et élimination.
·Chiralité : non superposable à son image ; cas courant du carbone asymétrique.
·Deux énantiomères ont les mêmes propriétés physiques et chimiques…
·…sauf face à un milieu chiral : lumière polarisée, enzymes, récepteurs.
·Aucune distillation ne sépare deux énantiomères : il faut un partenaire chiral.
·Spectroscopie IR : les fonctions — O–H large, C=O fine et intense.
·RMN : le squelette — nombre de signaux, intégration, multiplicité.
·Les deux techniques sont complémentaires, jamais interchangeables.
·Une structure se vérifie sur tous les spectres à la fois.
2
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Fiche PDF — Chimie organique — Synthèse et identification
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Trois documents à imprimer, 6 pages en tout : le cours, les exercices avec la place pour écrire, et le corrigé détaillé avec son barème.
a.Différencier substitution, élimination et addition.
b.Qu'est-ce qu'une molécule chirale ? Quel cas rencontre-t-on le plus souvent ?
c.Que sont deux énantiomères ? En quoi diffèrent-ils ?
d.Que renseigne la spectroscopie IR ? Que renseigne la RMN ?
e.Que donne la courbe d'intégration d'un spectre de RMN ?
›Voir le corrigéMasquer le corrigé
a. La substitution remplace un groupe par un autre ; l'élimination retire deux groupes et crée une double liaison ; l'addition ouvre une double liaison pour y fixer deux groupes.
b. Une molécule non superposable à son image dans un miroir. Le cas courant est celui d'un carbone asymétrique, portant quatre groupes différents.
c. Deux molécules images l'une de l'autre dans un miroir. Elles ne diffèrent que face à un milieu lui-même chiral.
d. L'IR renseigne sur les groupes caractéristiques ; la RMN sur le squelette et l'environnement des protons.
e. Le nombre de protons de chaque groupe de protons équivalents.
2
Un élève propose de séparer deux énantiomères par distillation fractionnée, puis de les identifier par leur température de fusion. Discuter.
Argumenter
a.Sur quelle propriété repose une distillation fractionnée ?
b.Deux énantiomères diffèrent-ils par cette propriété ?
c.Que donnerait la mesure de leur température de fusion ?
d.Quelles méthodes permettraient réellement de les séparer ou de les distinguer ?
›Voir le corrigéMasquer le corrigé
a. Sur une différence de température d'ébullition entre les constituants du mélange.
b. Non : deux énantiomères ont exactement les mêmes propriétés physiques. Ils distilleraient ensemble, sans aucune séparation.
c. La même valeur pour les deux. La mesure ne permettrait donc de distinguer ni l'un ni l'autre.
d. Il faut un partenaire chiral : la lumière polarisée, qu'ils font tourner en sens opposés ; une réaction avec un réactif chiral ; ou une chromatographie sur phase stationnaire chirale.
3
Une molécule de formule brute C₃H₈O donne trois signaux en RMN, intégrant pour 6, 1 et 1 protons. Son spectre IR présente une bande large vers les nombres d'onde élevés et aucune bande intense de C=O.
Raisonner
a.Vérifier la cohérence des intégrations avec la formule brute.
b.Que déduire de la bande large en IR ? De l'absence de C=O ?
c.Que signifie l'existence de trois signaux seulement ?
d.Que signifie le signal intégrant pour 6 protons ?
e.Proposer une structure et vérifier qu'elle rend compte de tous les spectres.
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a. Total des intégrations :6+1+1=8
Soit 8 protons, ce qui correspond bien au H₈ de la formule brute.
b. La bande large signale une liaison O–H d'alcool. L'absence de bande C=O écarte l'aldéhyde, la cétone et l'acide carboxylique.
c. Que la molécule ne compte que trois environnements de protons distincts, donc qu'elle possède une certaine symétrie.
d. Que six protons sont équivalents : ce sont typiquement deux groupes méthyle rigoureusement symétriques l'un de l'autre.
e. Le propan-2-ol : deux méthyle équivalents — six protons —, un proton porté par le carbone central, et un proton du groupe O–H. Trois environnements, intégrations 6, 1 et 1, une fonction alcool et aucun C=O : tous les spectres sont expliqués. Le propan-1-ol, lui, donnerait quatre signaux d'intégrations 3, 2, 2 et 1.
4
Chiralité et pharmacologie. Analyser.
Analyser
a.Pourquoi un récepteur biologique ne reconnaît-il généralement qu'un des deux énantiomères ?
b.Quelles conséquences pour une synthèse qui produit les deux à parts égales ?
c.Comment une enzyme peut-elle distinguer ce qu'une distillation ne distingue pas ?
d.Pourquoi les conditions expérimentales importent-elles autant que les réactifs ?
e.Pourquoi IR et RMN sont-elles complémentaires plutôt que redondantes ?
›Voir le corrigéMasquer le corrigé
a. Parce que le récepteur est lui-même chiral : son site de fixation a une forme donnée, et seule l'une des deux images spéculaires s'y ajuste — comme un gant ne va qu'à une main.
b. Au mieux la moitié du produit est active ; l'autre moitié est inactive, ou produit un effet différent. D'où l'intérêt des méthodes de synthèse sélectives.
c. Parce qu'une enzyme est un partenaire chiral, alors qu'une distillation ne fait intervenir que des propriétés physiques achirales — température d'ébullition, masse. La distinction n'apparaît qu'en présence d'un second objet chiral.
d. Parce que les mêmes réactifs peuvent conduire à une substitution ou à une élimination selon le solvant, la température et la base employée. Décrire une synthèse sans ses conditions, c'est ne pas dire quel produit on obtient.
e. Parce qu'elles ne mesurent pas la même chose : l'IR identifie les fonctions présentes, la RMN l'agencement des atomes. Une structure ne se propose qu'en croisant les deux, et se vérifie sur l'ensemble des spectres — une hypothèse compatible avec l'un et contredite par l'autre est fausse.
Ce qui rapporte des points, ce qui en coûte
Identifier le type de réaction par les insaturations3 ptsPerdu si : Confondre élimination et substitution
Caractériser une molécule chirale4 ptsPerdu si : Conclure à la chiralité sans vérifier les quatre groupes
Refuser une séparation d'énantiomères par méthode achirale5 ptsPerdu si : Proposer une distillation
Lire un spectre IR pour les fonctions3 ptsPerdu si : Chercher le squelette dans l'IR
Exploiter signaux et intégration en RMN4 ptsPerdu si : Ignorer la cohérence avec la formule brute
Croiser les deux techniques2 ptsPerdu si : Conclure sur un seul spectre
4
La méthode
Identifier une molécule à partir de ses spectres
1
Lire d'abord le spectre infrarouge pour repérer les bandes des groupes caractéristiques.
Une bande large vers les grands nombres d'onde signale une liaison O–H liée.
2
Recenser sur le spectre de résonance magnétique le nombre de signaux, qui donne le nombre de groupes de protons équivalents.
3
Utiliser la courbe d'intégration pour attribuer à chaque signal son nombre de protons.
4
Déduire de la multiplicité de chaque signal le nombre de protons portés par les carbones voisins.
5
Assembler les fragments obtenus et vérifier la cohérence avec la formule brute de départ.
5
Se tester
Touches 1 à 4
Physique-ChimieTerminale
Question 1
Un astronaute réalise une synthèse de l'aspirine (acide acétylsalicylique) à partir d'acide salicylique (C7H6O3) et d'anhydride acétique (C4H6O3). La réaction est la suivante : C7H6O3+C4H6O3→C9H8O4+C2H4O2 Quelle est la masse maximale d'aspirine (en grammes) que l'on peut obtenir à partir de 10,0g d'acide salicylique, sachant que la masse molaire de l'acide salicylique est Macide=138g/mol et celle de l'aspirine est Maspirine=180g/mol ?
Aucun compte requis — réponds, la correction s'affiche aussitôt.
Chimie organique — Synthèse et identification : c'est en quelle classe ?+
Ce chapitre est au programme de Physique-Chimie au lycée, en classe de Terminale, année du Baccalauréat. Il est défini par le Bulletin Officiel de l'Éducation nationale, le texte de référence qui fixe ce qui doit être enseigné dans chaque matière.
Que faut-il savoir sur Chimie organique — Synthèse et identification ?+
Réactions de substitution, élimination, addition. Stéréochimie : isomérie, chiralité, énantiomères. Spectroscopie IR et RMN ¹H (introduction). Identification de groupes fonctionnels. Les notions à maîtriser sont : substitution, élimination, chiralité, énantiomère, spectroscopie IR, RMN.
Où télécharger la fiche PDF de Chimie organique — Synthèse et identification ?+
Sur cette page, dans le bloc « Imprimer » : 3 documents à télécharger — le cours, les exercices et le corrigé — soit 6 pages au format A4, prêtes à imprimer. Le téléchargement est gratuit, immédiat, et ne demande ni compte ni adresse e-mail.
Le corrigé de Chimie organique — Synthèse et identification est-il fourni ?+
Oui, et c'est un document à part : chaque exercice y est repris étape par étape, avec le barème détaillé en fin de fiche — ce qui est attendu, combien de points, et ce qui fait perdre le point. Un parent qui ne se souvient plus du programme peut corriger une copie avec.
Chimie organique — Synthèse et identification peut-il tomber au Baccalauréat ?+
Ce chapitre fait partie du programme officiel de Terminale, il entre donc dans le périmètre du Baccalauréat. Le sujet exact varie chaque année et aucun chapitre n'est garanti, mais l'ensemble du programme de l'année est susceptible d'être évalué : mieux vaut ne pas parier sur des impasses.
Comment réviser Chimie organique — Synthèse et identification efficacement ?+
Commence par lire la fiche de révision pour remettre la règle en place, puis enchaîne immédiatement sur le quiz de cette page. Répondre juste après avoir lu ne suffit pas : reviens sur le chapitre deux ou trois jours plus tard. C'est l'espacement des révisions, plus que leur durée, qui fait tenir une notion en mémoire. Une session de quinze minutes répétée vaut mieux qu'une heure unique.
Faut-il un compte pour s'entraîner sur Chimie organique — Synthèse et identification ?+
Non. Les quiz, les corrections détaillées et les fiches de révision sont accessibles sans créer de compte et sans donner d'adresse e-mail. Le compte gratuit sert uniquement à conserver la progression d'un appareil à l'autre.
Notions voisines
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