Exercice de chimie organique, Exercices de Chimie Organique
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Melissa_s29 January 2014

Exercice de chimie organique, Exercices de Chimie Organique

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Exercices de chimie organique - travaux dirigés de chimie organique descriptive. Les principaux thèmes abordés sont les suivants: Les Alcanes, Les Alcènes, Les Alcynes, Les Aromatiques, Les Alcools, Les Amines, Les Acide...
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T

UNIVERSITE HASSAN II - MOHAMMEDIA

FACULTE DES SCIENCES ET TECHNIQUES

Département de Chimie

TRAVAUX DIRIGES

DE CHIMIE ORGANIQUE DESCRIPTIVE

Pr. Mohamed SAFI & Pr. Ahmed ELHAKMAOUI

AU : 2007 - 2008

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Université Hassan II - F.S.T.Mohammedia Département de Chimie

Pr. M. SAFI &Pr. A. EL HAKMAOUI T.D. de Chimie Organique descriptive 1

TD Série N°1 : Les Alcanes

I - Comment peut-on préparer le butane à partir d’un acide carboxylique a) Par fusion alcaline

b) Par électrolyse

II - Quels cyclanes peut-on s’attendre à obtenir de manière prépondérante en traitant par le Zinc les dérivés polyhalogénés suivants :

a) BrCH2CH2CH2CH2CH2CH2Br

b) BrCH2CH2CH(Br)CH2CH2CH2CH2Br

c)

Br

Br

III - Ecrire le mécanisme de la substitution du chlore sur le chlorure de méthyle.

IV - Prévoir le site le plus réactif vis-à-vis de la substitution radicalaire (SR), d’un hydrogène par un chlore dans les composés suivants :

CH 3

CH 3

CH 3

CH 2

CH 3

CH 3

CH

CH 3

CH 2

CH 3

CH 3 CH

3 CH

CH 3

CH 2

CH CH 2

a) b) c) d) e)

V - La monochloration à 300°C du 2-méthylpropane donne deux produits. Donner leurs formules semi-développées et leurs noms. Quel est le composé qui se forme le plus rapidement?

Quel est le composé qui se forme en plus grande quantité?

VI - On traite un dérivé halogéné RCl par Mg dans l’éther, on obtient l’organomagnésien (réactif de Grignard RMgCl ). Celui-ci réagit avec H2O pour donner du 2–méthyl butane. RCl

réagit aussi avec Na pour donner le 2,7–diméthyl octane. Quelle est la structure de RCl ?

VII - Montrez comment peut-on réaliser les transformations suivantes :

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a)

b)

c)

VIII - Préparer avec le meilleur rendement possible du 2,2,3,3-tétraméthylbutane à partir de l’acide 3-méthylbutanoîque (seule substance organique permise ) et des substances minérales

nécessaires.

IX - Préparer avec le meilleur rendement possible du 2,2-diméthylbutane en utilisant les 2 substances suivantes : 2-méthylpropène et méthanal (seules substances organiques permises) et

des substances minérales nécessaires.

X - Un carbure saturé A peut donner deux dérivés X et Y monobromés. Si on traite 2,74 g de X par le magnésium dans l'éther anhydre, puis on décompose la solution obtenue par de l'eau, on

obtient 1,16g de carbure A. La bromation de X ne peut conduire qu'à trois composés dibromés

isomères. Donner la structure de A, de X et de Y.

XI – Préparer à partir de : a) 4–méthylpent-2–ène le 2–méthyl pentane

b) 1–chloro-2–méthylpropane le 2–méthylpropane

XII - Pourquoi la monobromation du toluène (méthylbenzène) conduit aisément au monophénylméthane, à température ambiante, sous l’éclairage d’une lampe de tungstène?

XIII - Un alcane contient 83,72% en masse de carbone et 16,28% d’hydrogène. Sa densité de vapeur est 2,965.

a) Quelle est sa formule moléculaire ?

b) La monochloration de cet alcane ne conduit qu’à deux dérivés.

Donner la formule semi-développée de cet alcane et son nom en nomenclature

systématique

XIV- Le cyclopropane a été préparé pour la première fois par réaction du 1,2-dibromopropane avec du sodium.

a) Ecrire la réaction.

b) A quel produit peut conduire la réaction suivante ? A quelle géométrie peut-on

s’attendre pour ce produit ?

CH2Br

CH2Br

Br H2C

CH2Br

4 Na ?

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TD Série N°2 : Les Alcènes

I - Quel est le produit de l’addition de l’eau en milieu acide sur le 1-méthylcyclopentène

II - Déterminer les structures des composés B, C, D et E

CH 3

CH 3

CH 3

O

Zn/Hg

HCl B

Cl2 C (majo)

D Mg

C

E

h

III - Montrer que l’addition du brome au pent-2-ène (Z) conduit au mélange racémique des deux énantiomères (R, R) et (S,S) et que l’addition sur l’isomère E du pent-2-ène conduit au

mélange (R,S)+ (S,R)

IV - Déterminer les structures des copmposés B, C..., Q 1°)

CH 2

CH 2

CH 2

CH 3

B

Br 2

; A C HBr

A D HBr

ROOR ; A

A

E ClOH NaOH

F G H O

+ 3

A KMnO

dilué H ; A I J + K

H2OO3

2°)

CH

CH 2CH3

2 M

Br 2NaNH2 N

NaNH2 O

CH 3CH2Br

P H2

Pd/ BaSO4

L

Q

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V - Déterminer la structure des composés I, J,…, L

ClH Mg

CH 2

Cl MgCl 2

OH

O O

JI K

K + L +

L KMnO4 conc

VI - Comparer la régioselectivité d’addition du bromure d’hydrogène sur le prop-2-énoate

d’éthyle

a- En solution aqueuse,

b- En présence de peroxyde de benzoyle.

VII - Compléter les réactions suivantes, en justifiant votre réponse à l’aide des mécanismes

réactionnels correspondants :

a- 1-fluoroéthane + HF

b- 1,1,1-trichloroprop-2-ène + HCl

c- N,N-diméthyeléth-1-énamine + HBr

Dans l’eau HCl et HBr sont des acides forts et HF a un pka = 3.

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TD Série N°3 : Les Alcynes

I - Compléter les réactions suivantes :

HCCCH 3

HF (1mole)

H O

2

3 + / Hg

2+

C (1 mole)

Cl (2moles)2

HCl(1mole)

HCl(2moles)

HBr(1mole)

peroxyde

II - Préparation de dérivés chlorés industriels à partir de l’acétylène. Compléter les réactions suivantes :

H H

Cl H

ClH

C C

C CE A

B

CD

Cl CH-CH Cl 2 2

CCCl Cl

F

Cl2

Cl

Cl

2

2

H

Ni

2

KOH

Cl2

?

?

?

?

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III -1- L’action du sodium (2eq) sur l’acétylène conduit au composé A. Ecrire le bilan de

cette réaction.

2- L’hydratation de l’acétylène conduit à B. Rappeler les conditions opératoires et le

mécanisme de cette réaction.

3- L’action de A sur B (2 eq) conduit après hydrolyse au composé C. Donner la structure

de C et préciser le mécanisme de cette réaction.

4-L’hydrogénation partielle de C donne D. Préciser les conditions opératoires et la

stéréochimie de cette réaction

5- La déshydratation de D donne spécifiquement un seul hydrocarbure E. Justifier ce

résultat.

VI - L’acétylène est traité par NaNH2. Le produit obtenu A réagit sur le formol HCOH pour

donner B qui réagit à nouveau avec NaNH2 en donnant C qui réagit encore avec le formol pour

donner D. L’hydrolyse de D conduit à E. Détailler ces réactions.

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TD Série N°5 : Les Aromatiques

I - Rappeler et justifier l’orientation de substitutions électrophiles sur un cycle benzénique substitué.

- Indiquer le site majoritaire de substitution des cycles aromatiques ci-dessous

S

CH3

CH3

OH

CH3

CH3

OCH3

+

CN O

H

II - On considère la suite de réactions : H2SO4

C6H5 + HNO3 A + H2O

FeBr3

A + Br2 B + HBr

Catalyser

B + 3H2 C + 2H2O

Donner le mécanisme de préparation de A. B est un dérivé disubstitué du benzène.

Donner les positions de substitution et justifier votre réponse.

III - Compléter les réactions :

Benzène + solution sulfonitrique L

L + chlorure de méthyle avec AlCl3 M

M + Fer / acide chlorhydrique N

N + permanganate en milieu acide P (fonction amine bloquée)

P + chlorure de butanoyle (sans AlCl3) Q

Q + chlorure de butanoyle (avec AlCl3) R

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IV- Préciser la formule développée des produits obtenus lors des réactions suivantes on pourra donner éventuellement la structure intermédiaire

AlCl3

1- Benzène (excès) + COCl2

AlCl3

2- Benzène + 2,5-dichloro-2,5 diméthyl-2,5hexane

AlCl3

3- 1,4-diméthylbenzène + Chlorure de l’acide 3-chloropropanoïque

AlCl3

4- Toluène + anhydre maleïque

AlCl3

5- 2-chloro-5-phénylpentane

AlCl3

6- Méthoxybenzène + chlorure de propanoyle

AlBr3 HNO3

7- Benzène + Br2 A B + C (isomère de B)

Br2/ AlBr3

8- Benzène + mélange sulfonitrique D E

Comparer E, B, C

V- Compléter les réactions suivantes :

2C6H6 + A B + 2HCl

B + Cl2 (+lumière) C + HCl

C + OH - D + H2O + Cl

-

D + peracide E

E + H2O F

D + KMnO4 2C6H5-COOH

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VI - Comment synthétiser le composé suivant à partir du Benzène.

NH 2

NH 2

Cl

VII - Disposant de chlorure d’acétyle (CH3COCl), du mélange HNO3/H2SO4, de chlorométhane et d’AlCl3. Comment synthétiser le composé suivant, à partir de benzène.

CH 3 NO2

COCH 3

V III - Synthèse de la 2,4-dinitrophénylhydrazine

Disposant du Br2 / Fe, du mélange HNO3/H2SO4, et NH2NH2. Comment synthétiser le composé

la 2,4-dinitrophénylhydrazine à partir de benzène.

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TD Série N°6 : Les Alcools

I - Le méthyltertiobutylether (MTBE) est un additif ajouté à l'essence sans plomb afin d'augmenter son indice octane. Proposer une synthèse du MTBE utilisant la synthèse de

Williamson.

II - Quels sont les produits formés par la déshydratation en milieu acide du composé ci-contre: En appliquant la règle de Zaitsev, indiquez l'ordre de prépondérance des produits formés.

H

CH3

OH

CH3

H

H

III - Que donnent les composés suivants en milieu acide sulfurique?

HO (CH2)3 COOHa )

b) Ph CH(CH3) CH2OH

OH OH

HO CH2CH2CH(OH) CH2OH

d)

c )

IV - Effectuer en une ou plusieurs étapes les synthèses suivantes :

OH CH3

OH

CH3

OH

CH3

O

H3C

H3C C CH2OH

CH3

H3C

OCH3

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V - Le propène est hydraté en présence d'H2SO4, le composé A ainsi formé est déshydrogéné

sur Cuivre à 300°C en un dérivé B. Celui-ci est condensé avec le magnésien du bromure

d'éthyle; après hydrolyse on obtient C qui est ensuite déshydraté en un hydrocarbure D de

formule C5H10.

a) Identifier les composés A,B, C, D

b) A partir de quel ester pourrait-on obtenir C par synthèse magnésienne ?

VI - Identifier les composés représentés par les lettres A, B, C, D.........dans les enchaînements de réactions suivants :

G O3

H2O

1)

2) H + H2O2

H CH3MgBr

H2O

1)

2) I + Mg(OH)2 MgBr2+

I J + 2H2O H+

J

O O

+ 2CH3COOH

H2SO4 A

OH -

400°C B

CH3Cl

AlCl3 C

K2Cr2O7 D CH3COCl E

F + OH - G + H2O

G + H J OH -

+

J + Na K + 1/2 H2

K +

Cl OCH2CH2O

+ NaCl

H2O

a)

b)

c)

KMnO4 cc

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TD Série N°7 : Les Amines

I - Propriétés basiques :

1) Ecrire les équilibres ioniques qui rendent compte des propriétés basiques de l’ammoniac et

des amines dans l’eau.

2) Expérimentalement, on constate l’ordre suivant de basicités croissantes :

Aniline, ammoniac, éthylamine, triéthylamine, diéthylamine, pipéridine

Expliquer.

II - Propriétés Nucléophiles :

1) pourquoi l’ammoniac et les amines ont-il des propriétés nucléophiles ?

2) montrer que l’on peut préparer les diverses éthylamines à partir de l’ammoniac et du bromure

d’éthyle.

S’agit-il là de substitution nucléophile ? Expliquer

3) On mélange de la triéthylamine et du bromure d’éthyle dans l’éther et on chauffe à reflux ;

Que voit –on se produire ? On isole le produit obtenu. Comment peut- on le transformer en une

base forte ?

4) que devient cette base forte quand on la chauffe à sec ?

5) Soit deux amines primaires A et B. Par action de l’iodure de méthyle, on méthyle au

maximum ces deux amines. On transforme les produits obtenus en bases fortes que l’on chauffe.

L’ozonolyse des composés obtenus fournit exclusivement du butanal normal et du méthanal

dans le premier cas, de l’acétone et du méthanal dans le second cas. Quelles sont les formules de

A et B ? (N.B : il existe deux possibilités pour B)

III - Écrire les formules des 4 amines aliphatiques isomères de formule brute C3H9N. Soit A,

B,C et D ces quatre amines.

1) A et B traitées par le nitrite de sodium en présence de HCl, donnent un dégagement de

diazote et un produit de formule C3H8O, respectivement A’ et B’.

D dans les mêmes conditions ne donne rien.

Le produit A’ passant à 300°C sur du cuivre, donne un aldéhyde.

Le sodium réagit sur C pour donner un dégagement de dihydrogène, mais pas sur D.

Donner la formule développée des quatre composés A, B, C et D.

2) L’un des quatre isomères, chauffé avec un excès d’iodure de méthyle, donne un sel

d’ammonium quaternaire E de formule (C5H14NI). De quel isomère s’agit-il ?

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IV - Compléter les réactions suivantes :

V - Compléter la séquence réactionnelle suivante :

VI - Donner la structure des composés indiqués par une lettre :

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VII - Comment synthétiser les amines suivantes à partir des composés indiqués, de tout produit minéral et de tout composé organique ne dépassant pas plus d’un atome de carbone.

Composé de départ

Amine obtenue

Cyclohexanone N-cyclohexyl-N-méthylamine

Acide pentanoïque N-butylamine

Bromocyclohexane 1-cyclohexylméthylamine

VIII - L’apéténil est un anorexigène c’est à dire une pilule de régime.

Proposer une synthèse de l’apéténil à partir de chacune des deux

substances suivantes et d’autres composésminéraux ou organiques

IX - Synthèse de la 2-nitroacétophénone représentée par H:

X - Préparer l'isomère méta à partir de l'isomère para de la toluidine (ou 1-amino-4-méthyl benzène)

On sait que un chlorure de diazonium réagit avec H3PO2 acide hypophosphoreux réducteur pour

donner un H benzénique.

Expliciter et justifier les réactions suivantes :

Para toluidine + CH3COCl A après neutralisation par une solution diluée de NaOH

A + HNO3 B pratiquement pur

B + HCl C

C + NaNO2 et HCl à 0° D

D + H3PO2 E

E + ? métatoluidine

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TD Série N°8 : Les Aldéhydes et Cétones

I - Un composé A de formule C5H12O conduit par oxydation à B C5H10O. B réagit sur la

phényl-hydrazine et donne un test positif à l'iodoforme. A peut être déshydraté en un carbure C

C5H10 qui soumis à l'oxydation donne de l'acétone. Quelle est la structure probable de A ?

II – 1) L'une des méthodes de préparation industrielle du butan-1-ol consiste à faire réagir

d'abord à 20°C de l'éthanal en présence d'une solution diluée d'hydroxyde de sodium pendant

quelques heures; après neutralisation de l'excès d'hydroxyde de sodium, un composé organique

A, de formule brute C4H8O2 est obtenu. Préciser A et le mécanisme réactionnel correspondant.

2) Par chauffage en milieu acide, A conduit à B. Indiquer la formule développée de B. Préciser

le mécanisme réactionnel.

3) Préciser des conditions expérimentales permettant de transformer B en butane-1-ol.

III - Par quelles réactions peut-on préparer la butanone à partir de:

1) 2-chlorobutane,

2) Ethanal (seul composé organique),

3) 2,3-dichlorobutane,

4) Acétonitrile (CH3-CN),

5) But-1-ène,

6) 3-méthylpentane-2-ol.

IV - Donner les formules semi développées des composés dans l’enchaînement des réactions suivantes

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V - On dispose de triphénylphosphine, d'aldehydes, de cétones, et d'halogénures d'alkyle.

Indiquer une synthèse des alcènes suivants :

a) C

6 H

5

H CH 3

CH 3

b) C

6 H

5

CH 3 CH3

H CH

2 c) d)

C 6 H

5

H C H

H

CH 2

VI - Préparer à partir de l'acétophénone les quatre molécules ci-dessous:

C 6 H

5

O

CH 3

C 6 H

5

O

OHC6H5

OH

CH 3

C 6 H

5

OH

CH 3

CO 2 H

C 6 H

5 CH3

Acétophénone

VII - Réaliser les enchaînements suivants, en donnant les conditions opératoires et en en

justifiant le choix :

1)CH3-CH=CH-CO-CH3 CH3-CH2-CH2-CH(OH)-CH3

2)CH3-CH=CH-CO-CH3 CH3-CH=CH-CH(OH)-CH3

3)CH3-CH=CH-CO-CH3 CH3-CH2-CH2-CO-CH3

VIII - Effectuer par la méthode la plus rapide les réactions suivantes :

1) CH3-CH2-CH2-CO2-CH3 CH3-CH2-CH2-CH=O

2) (CH3)3-C-CO- CH3 (CH3)3-C-C CH

3)

O O

4)

CH2

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TD Série N°9 : Les Acides Carboxyliques et Dérivés

I - Un composé neutre A : C5H10O2 est hydrolysé en un acide B et un alcool C. C réagit avec SOCl2, puis avec Mg dans l'éther, enfin avec CO2 et H2O. Le produit ainsi obtenu est identique à

l'acide B.

Donner les formules de A, B, et C.

II - De quel composé de départ doit-on disposer pour réaliser la synthèse suivante:

A + HBr B + NaCH(CO2Et)2 C+ H3O +

D puis chauffage E = Butanoïque

III - Remplacer les lettres par les formules des composés correspondants.

A + Mg B

B + CO2 puisH2O C

C + D E + H2O

E + AlLiH4 puisH2O CH3-CH2CH2-OH + CH3-OH

E + 2 B puisH2O F + CH3-OH

IV - Donner dans chaque cas au moins deux voies pour réaliser les synthèses demandées

1) RCH2CO2H RCO2H

2) RCH2CO2H RCH2CH2CO2H

3) RCH2CO2H RCH2CH2CH2CO2H

4) RCH2CO2H R CH2CHO

V - Synthèse de l'acide lactique (2-hydroxypropanoïque) à partir de l'éthanal et de réactifs organiques.

VI - Une méthode classique pour raccourcir un acide à chaîne longue est celle de Barbier- Weland. En expliciter les étapes en donnant les formules des intermédiaires et des composés

formés dans le schéma global suivant.

C6H5-CH2-CH2-CH2-COOH + CH3-OH A + H2O

A + 2 C6H5-MgBr B + MgBr(OCH3)

+ H3O +

C + 1/2 MgBr +1/2 Mg ++

+ H2O

C H2SO4 catalyseur à chaud D + H2O

D KMnO4concentré à chaud + H3O +

E ( C9H10O2 ) + C13H10O + minéraux divers

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