Écrire les formules semi-développées de tous les produits pouvant être obtenus

lors de l’oxydation en milieu acide des alcools ci-dessous par l’ion permanganate en excès

ou en défaut lorsque cette oxydation est possible :

a)-  Méthanol : CH₃ – OH

b)-  Propan-2-ol : CH₃ – CH(OH) – CH₃

c)-  Méthylpropan-2-ol :

d)-  2-méthylbutan-1-ol :

e)-  3-méthylbutan-2-ol :

a)-  Méthanol : CH₃ – OH :

-  On est en présence d’un alcool primaire.

-  L’oxydation ménagée d’un alcool primaire donne la formation d’un aldéhyde,

puis d’un acide carboxylique si l’oxydant est introduit en excès.

-  Dans le cas du méthanol, on obtient :

-  Lorsque l’oxydant est introduit par défaut : le méthanal : HCHO

-  Lorsque l’oxydant est introduit en excès : l’acide méthanoïque : HCOOH

b)-  Propan-2-ol : CH₃ – CH(OH) – CH₃

-  On est en présence d’un alcool secondaire.

-  L’oxydation d’un alcool secondaire conduit à la formation d’une cétone.

-  L’oxydation ménagée du propan-2-ol conduit à la formation de la propan-2-one que l’oxydant soit introduit par défaut ou en excès.

-  Propan-2-one :

c)-  Méthylpropan-2-ol :

-  On est en présence  d’un alcool tertiaire :

-  L’oxydation ménagée d’un alcool tertiaire n’est pas possible.

d)-  2-méthylbutan-1-ol :

-  On est en présence d’un alcool primaire :

-  Si l’oxydant est introduit en défaut, on obtient un aldéhyde :

-  Si l’oxydant est introduit en excès, on obtient l’acide 2-méthylbutanoïque :

  ou

e)-  3-méthylbutan-2-ol :

-  On est en présence d’un alcool secondaire :

-  L’oxydation d’un alcool secondaire conduit à la formation d’une cétone.

-  Dans le cas présent, on obtient la 3-méthylbutan-2-one que l’oxydant soit en excès ou en défaut :

Établir l’équation de la réaction qui a lieu, en milieu acide, entre les ions permanganate MnO₄^– (aq) et :

1)- Le butan-1-ol : C₃H₇ – CH₂ – OH pour donner :

a)-  Du butanal : C₃H₇ – CHO

b)-  De l’acide butanoïque : C₃H₇ – COOH.

2)- Le butan-2-ol pour donner la butanone.

Donnée : couple oxydant / réducteur

Une masse m = 10,0 g de cyclohexanol, C₆H₁₂O(ℓ), modélisé ci-dessous, est oxydé par une quantité n = 0,12 mol d’acide hypochloreux HClO (aq).

1)- La réaction qui se produit libère de l’énergie thermique.

a)-  Justifier l’emploi d’un montage à reflux, sans dispositif de chauffage, lors de la synthèse.

b)-  Faire un schéma légendé de ce montage.

2)- Oxydation du cyclohexanol :

a)-  Quel est le produit d’oxydation du cyclohexanol ?

b)-  L’acide hypochloreux est réduit en ions chlorure Cl^– (aq). Établir l’équation de la réaction.

c)-  Vérifier que la quantité d’acide hypochloreux est suffisante pour oxyder la totalité du cyclohexanol.

3)- En fin de synthèse, une masse m’ = 7,8 g de liquide est obtenue. Déterminer le rendement de la synthèse.

4)- C.C.M :

a)-  On réalise une chromatographie sur couche mince en déposant une goutte de solution de cyclohexanol en A,

une goutte de cyclohexanone en B et une goutte de solution du liquide obtenu en C.

-  Le chromatogramme obtenu est donné ci-dessous. Conclure.

b)-  Quels tests simples permettraient de vérifier à quelle famille appartient le produit obtenu ?

On dispose de cinq flacons contenant des liquides inconnus A, B, C, D et E, tous différents mais de même formule C₃H_xO_y.

Chaque composé ne présente qu’un seul groupe caractéristique oxygéné.

Les chaînes carbonées de ces composés ne contiennent ni double liaison C = C, ni cycle.

Parmi les cinq composés, deux sont des alcools.

L’oxydation de A conduit à C ou à D ; celle de B conduit à E.

1)- Ces données sont-elles suffisantes pour identifier les cinq composés ?

2)- Le composé C réagit avec la liqueur de Fehling, contrairement à D.

En déduire la formule topologique et le nom de ces cinq composés.

1)- Identification des cinq composés :

-  L’oxydation de A conduit à C ou à D :

-  Le composé A est un alcool primaire.

-  La molécule est constituée d’une chaîne carbonée qui comprend 3 atomes de carbone,

elle ne présente que seul groupe caractéristique et ne possède pas de double liaison C = C.

-  Propanol : CH₃ – CH₂ – CH₂ – OH

-  L’oxydation du propanol donne C ou D :

-  L’oxydation du propanol peut donner :

-  Le propanal : CH₃ – CH₂ – CHO

-  L’acide propanoïque : CH₃ – CH₂ – COOH.

-  Il faut un test supplémentaire pour pouvoir attribuer les bonnes formules à C et D.

-  L’oxydation de B ne conduit qu’à un seul produit E.

-  On en déduit que B est un alcool secondaire :

-  Le propan-2-ol :

-  L’oxydation de cet alcool conduit à la propanone :

-  Le produit E :

2)- Formule topologique et le nom de ces cinq composés :

-  Le composé C réagit avec la liqueur de Fehling, le composé C est un aldéhyde : le propanal.

-  Le composé D est l’acide propanoïque :

-  Tableau :

La menthone est un des constituants de certaines espèces de menthe.

Son odeur et sa saveur, analogues à celles de la menthe, en font un arôme très utilisé dans les produits alimentaires.

Elle peut être synthétisée à partir du menthol.

1)- Menthol et menthone :

a)-  Quelle est la classe du menthol ?

b)-  Quel est le groupe caractéristique de la menthone ?

2)- Sous quel état physique se présente, à 20 ° C :

a)-  Le menthol ?

b)-  La menthone ?

3)- L’oxydation du menthol est réalisée en milieu acide par l’ion permanganate MnO₄^– (aq).

-  Couple oxydant / réducteur : MnO₄^–  (aq) / Mn ²⁺ (aq)

-  Cette réaction se traduit par l’équation :

5 C₉H₁₈CHOH (ℓ) + 2  MnO₄^– (aq) + 6 H ⁺ (aq) → 5 C₉H₁₈CO (ℓ) + 2 Mn ²⁺ (aq) + 8 H₂O (ℓ)

-  On traite une masse m₁ = 15,6 g de menthol par un volume V₂ = 100 mL

de solution oxydante de concentration C₂ = 0,80 mol . L^–1 acidifiée avec de l’acide sulfurique concentré.

-  Le dispositif expérimental utilisé est celui du chauffage à reflux.

a)-  Quel est l’intérêt du chauffage à reflux ?

b)-  Quel est le réactif en excès ?

c)-  L’oxydation du menthol se déroule à une température voisine de 55 ° C.

Justifier la nécessité d’atteindre cette température.

4)- Le cyclohexane est un solvant organique de densité d = 0,78 et de température d’ébullition 81 ° C.

-  Parmi les espèces chimiques présentes dans le ballon, seule la menthone est soluble dans le cyclohexane.

-  Le contenu du ballon est transvasé dans une ampoule à décanter et du cyclohexane y est ajouté.

-  Après agitation et décantation deux phases se séparent.

a)-  Quelle est la phase qui surnage dans l’ampoule à décanter ? Justifier.

b)-  Quel est l’intérêt de cette opération ?

5)- La séparation de la menthone du cyclohexane se fait par distillation.

-  On obtient une masse m’ = 11,2 g de menthone.

a)-  Le procédé de séparation est-il adapté ?

b)-  Calculer le rendement de la synthèse.

1)- Menthol et menthone :

a)-  La classe du menthol :

-  Le menthol est un alcool secondaire.

b)-  Groupe caractéristique de la menthone :

-  La menthone est une cétone. Elle possède le groupe carbonyle comme groupe caractéristique.

-  Les aldéhydes et les cétones sont des composés carbonylés.

-  Ils possèdent le groupe caractéristique : 

-  L’atome de carbone fonctionnel est l’atome de carbone du groupe carbonyle.

2)- État physique à 20 ° C :

a)-  Le menthol : État solide (θ_f = 43 ° C)

b)-  La menthone : État liquide (θ_f = – 6,5 ° C)

3)- L’oxydation du menthol :

a)-  Intérêt du chauffage à reflux :

-  Ce montage permet de maintenir le milieu réactionnel à une température constante, en l'occurrence pratiquement la température d'ébullition du solvant.

-  Les vapeurs sont condensées dans le réfrigérant et retournent à l'état liquide dans le ballon.

-  Les réactifs et les produits restent dans le milieu réactionnel.

-  La présence du Vallet est obligatoire. Elle permet d’enlever le chauffe-ballon sans toucher au reste du montage (ballon et réfrigérant).

-  Ainsi, on peut rapidement refroidir le mélange réactionnel si un problème survient et (ou) lorsque la réaction est terminée.

-  Dans le réfrigérant, l’eau circule du bas vers le haut.

b)-  Réactif en excès :

-  Tableau d’avancement :

-  Quantité de matière de menthol :

-   

-  Quantité de matière d’ions permanganate :

-   

-  Hypothèse 1 : le menthol est le réactif limitant

-  Alors : n₁ – 5x_max1 = 0

-  x_max1 = n₁ / 5

-  x_max1 ≈ 2,0 x 10 ^{– 2}  mol

-  x_max1 ≈ 20 mmol

-  Hypothèse 2 : le réactif limitant est l’ion permanganate :

-  n₁ – 2 x_max2 = 0

-  x_max2 = n₁ / 2

-  x_max2 ≈  4,0 x 10 ^{– 2}  mol

-  x_max2 ≈ 40 mmol

-  Valeur de l’avancement maximal x_max :

-  Il est égal à la plus petite des deux valeurs :

-  x_max = x_max1 ≈ 20 mmol < x_max2 ≈ 40 mmol

-  Le réactif limitant est le menthol.

-  L’ion permanganate est le réactif en excès.

-  On peut compléter le tableau d’avancement de la réaction :

c)-  L’oxydation du menthol se déroule à une température voisine de 55 ° C.

-  Justification : La température de fusion du menthol est θ_f = 43 ° C.

-  À la température de 55 ° C, le menthol se trouve à l’état liquide comme la solution de permanganate de potassium acidifiée.

-  Les deux solutions peuvent être en contact et peuvent se mélanger.

-  On augmente ainsi la surface de contact entre les deux réactifs.

4)- Extraction de la menthone :

a)-  Ampoule à décanter :

-  Dans l’ampoule à décanter, on trouve une phase aqueuse dont la densité est voisine de 1 et une phase organique (le cyclohexane et la menthone)

dont la densité est voisine de 0,87.

-  La menthone est plus soluble dans le cyclohexane que dans l’eau.

-  La phase qui surnage est la phase organique (cyclohexane + menthone)

b)-  Intérêt de cette opération :

-  Cette opération : Extraction par un solvant : extraction liquide / liquide.

-  La menthone est plus soluble dans le cyclohexane que dans l’eau.

-  Elle se retrouve principalement dans le cyclohexane.

5)- La séparation de la menthone du cyclohexane.

a)-  Le procédé de séparation est-il adapté :

-  Il faut comparer les températures d’ébullition de la menthone et du cyclohexane.

-  Température d’ébullition du cyclohexane : 81 ° C

-  Température d’ébullition de la menthone : 209 ° C

-  Le procédé de séparation par distillation est adapté car la température d’ébullition de la menthone est nettement supérieure à celle du cyclohexane.

b)-  Rendement de la synthèse.

-  On obtient une masse m’ = 11,2 g de menthone.

-  Quantité de matière de menthone correspondante :

-   

-  Rendement de la synthèse :

-  On appelle rendement, noté ρ, de la synthèse, le quotient de la quantité de produit P effectivement obtenue n_P par la quantité maximale attendue n_max :

-  D’après le tableau d’avancement : n_max ≈ 0,10 mol

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