Spécialité physique-chimie, Terminale • Exercices corrigés à Montréal

Fiche de révision : synthèse organique et mécanismes (Terminale spécialité)

La chimie organique de Terminale ne demande pas d'apprendre des réactions par coeur : elle demande de lire une molécule. Où sont les charges, où sont les doublets, quel atome est le plus électronégatif. Une fois ces sites repérés, les flèches courbes s'écrivent presque toutes seules, et le mécanisme suit.

Cette fiche liste les huit erreurs qui coûtent des points, avec la phrase exacte qui les remet, l'arbre de repérage des sites donneurs et accepteurs, les règles de contrôle d'un mécanisme, et une synthèse en trois étapes décortiquée du rendement global jusqu'à l'économie d'atomes.

Le fil du chapitre

Une flèche courbe représente le déplacement d'un DOUBLET, et elle part toujours du site donneur vers le site accepteur, jamais l'inverse. Et les rendements d'étapes successives se MULTIPLIENT, ce qui fait chuter une synthèse bien plus vite que l'intuition ne le suggère.

Ce chapitre fait partie de Spécialité physique-chimie en Terminale

Avant ce chapitre

Cette fiche suppose ces notions acquises. Si une méthode ci-dessous reste opaque, c'est presque toujours l'une d'elles qui manque, pas la fiche.

Chimie organique et synthèsePremière Fiche

Remonter plus loin : la chaîne complète (7 chapitres) ↓

Le chemin de remédiation, du plus ancien au plus proche. Un élève qui reprend ce chapitre de zéro le reprend dans cet ordre.

1Constitution de la matièreSeconde
2L'atome et la classification périodiqueSeconde
3Molécules, mole et quantité de matièreSeconde
4Entités chimiques et transformationsSeconde
5Cohésion, polarité, dissolution et extractionPremière
6Chimie organique et synthèsePremière
7Ions, pH, acides et basesTroisième

Notions couvertes

Électronégativité
Polarisation d'une liaison
Site donneur de doublet
Site accepteur de doublet
Flèche courbe
Acte élémentaire
Intermédiaire réactionnel
Mécanisme réactionnel
Groupe protecteur
Rendement d'une synthèse
Économie d'atomes

L'essentiel

Une liaison polarisée désigne les deux sites

• L'atome le plus ÉLECTRONÉGATIF attire le doublet de liaison et porte $\delta^{-}$ ; l'autre porte $\delta^{+}$ .
• Une liaison $\mathrm{C-H}$ est pratiquement apolaire, d'où l'inertie chimique des alcanes. Une liaison $\mathrm{C-O}$ ou $\mathrm{C-Cl}$ est nettement polarisée.
• Site DONNEUR de doublet : un doublet non liant, une charge négative, ou une liaison multiple.
• Site ACCEPTEUR de doublet : un atome portant $\delta^{+}$ , ou une lacune électronique.

L'oxygène, plus électronégatif, tire le doublet à lui : il porte la charge partielle négative et devient donneur, tandis que le carbone appauvri devient accepteur. Toute la réactivité du groupe carbonyle est là.

L'ordre d'électronégativité à retenir tient en une ligne : fluor, oxygène, azote et chlore, puis carbone, puis hydrogène. Tout le reste du chapitre se lit dessus.

La flèche courbe a un sens, et un seul

• Une flèche courbe représente le déplacement d'un DOUBLET d'électrons, jamais celui d'un atome ni celui d'un seul électron.
• Elle part TOUJOURS d'un site donneur et pointe vers un site accepteur. L'inverse n'existe pas.
• Son départ se place sur le doublet ou la charge concernée, son arrivée sur l'atome ou la liaison qui reçoit.
• Deux contrôles à faire sur chaque étape : la CHARGE totale se conserve, et la TÉTRAVALENCE du carbone est respectée.

La flèche naît sur le doublet de l'ion hydroxyde, donneur, et pointe vers le carbone appauvri, accepteur. Tracée en sens inverse, elle décrirait un doublet quittant un atome qui n'en a pas.

Mécanisme, intermédiaire et catalyseur

• Un mécanisme est une suite d'ACTES ÉLÉMENTAIRES, chacun décrit par une ou deux flèches courbes.
• Un INTERMÉDIAIRE RÉACTIONNEL est formé puis consommé : il se simplifie dans la somme des actes et ne figure PAS dans le bilan.
• Un CATALYSEUR est consommé puis régénéré : il ne figure pas non plus dans le bilan, et il se retrouve intact à la fin.
• Le bilan s'obtient en additionnant les actes élémentaires et en supprimant tout ce qui apparaît des deux côtés.

La différence entre les deux est temporelle : le catalyseur existe avant la réaction et après; l'intermédiaire n'existe ni avant ni après. Sur un diagramme d'énergie, l'intermédiaire occupe un creux entre deux bosses.

Évaluer une synthèse : rendement et économie d'atomes

• Rendement d'une étape : $\eta=\frac{n_{\text{obtenu}}}{n_{\text{théorique}}}$ , toujours inférieur à $1$ .
• Rendements d'étapes SUCCESSIVES : ils se MULTIPLIENT. $0{,}85\times 0{,}70\times 0{,}90=0{,}54$ , jamais la moyenne, qui vaudrait $0{,}82$ .
• Économie d'atomes : $\frac{M_{\text{produit}}}{\sum M_{\text{réactifs}}}$ . Elle mesure la part de la matière engagée qui se retrouve dans le produit voulu.
• C'est un MAXIMUM THÉORIQUE, calculé sur l'équation seule : elle se combine ensuite au rendement réel pour donner l'efficacité effective.

Protéger un groupe fonctionnel ajoute DEUX étapes, donc deux rendements de plus au produit. On y perd toujours en rendement global, et on y gagne en sélectivité : c'est un échange, jamais un gain gratuit.

Les pièges qui coûtent des points

Les erreurs ci-dessous sont celles que je corrige le plus souvent en séance. Chacune coûte des points sur une copie, même quand le raisonnement est juste.

1. Tracer la flèche courbe de l'accepteur vers le donneur

toute la question, environ 2 points par flèche

Ce qu'il ne faut pas écrire

« La flèche part du carbone, qui porte $\delta^{+}$ , vers le doublet de l'ion hydroxyde. »

Ce qu'il faut écrire

« La flèche part du DONNEUR, ici le doublet non liant de l'ion hydroxyde, et pointe vers l'ACCEPTEUR, le carbone appauvri. Elle décrit le déplacement d'un doublet, qui va toujours d'où il y en a vers où il en manque. »

Pourquoi : Un atome appauvri en électrons ne peut pas céder de doublet : il n'en a pas à donner. Le sens de la flèche est donc imposé par la physique, pas par une convention arbitraire.

2. Laisser l'intermédiaire réactionnel dans le bilan

1 à 2 points, et l'équation bilan n'est pas équilibrée en charges

Ce qu'il ne faut pas écrire

« Le bilan de la réaction fait apparaître le carbocation formé à la première étape. »

Ce qu'il faut écrire

« L'intermédiaire réactionnel est formé à une étape et consommé à la suivante : il se simplifie dans la somme et n'apparaît PAS dans le bilan. Seuls les réactifs de départ et les produits finaux y figurent. »

Pourquoi : Additionner les actes élémentaires revient à additionner des équations : tout ce qui figure des deux côtés se supprime. C'est exactement le même geste que pour un catalyseur.

3. Moyenner les rendements d'étapes successives

toute la question, avec une surestimation de plus de vingt points

Ce qu'il ne faut pas écrire

« Les trois étapes ont des rendements de $85\ \%$ , $70\ \%$ et $90\ \%$ : le rendement global vaut environ $82\ \%$ . »

Ce qu'il faut écrire

« Les rendements se MULTIPLIENT : $0{,}85\times 0{,}70\times 0{,}90=0{,}54$ , soit $54\ \%$ . La moyenne, $82\ \%$ , n'a aucun sens chimique. »

En abscisse le nombre d'étapes, toutes à

85\ \%

. La ligne pointillée est ce que donnerait une moyenne, la courbe est la réalité : après huit étapes il ne reste que

27\ \%

du produit théorique.

Pourquoi : Chaque étape ne travaille que sur ce que la précédente a fourni. Ce qui est perdu à la première ne peut plus être récupéré, donc les pertes se composent au lieu de se moyenner.

4. Confondre économie d'atomes et rendement

1 à 2 points, sur une question de chimie verte

Ce qu'il ne faut pas écrire

« L'économie d'atomes vaut $83\ \%$ , donc la synthèse a un rendement de $83\ \%$ . »

Ce qu'il faut écrire

« L'économie d'atomes se calcule sur l'ÉQUATION seule : c'est la part de la masse des réactifs qui se retrouve dans le produit voulu, un maximum théorique. Le rendement, lui, mesure ce qu'on obtient RÉELLEMENT. Ici $0{,}83\times 0{,}54=0{,}45$ . »

Pourquoi : L'économie d'atomes ne dépend que des formules chimiques et vaudrait $100\ \%$ pour une addition parfaite, même si la réaction ne marchait pas du tout. Le rendement, lui, dépend de l'expérience.

5. Attribuer la charge partielle négative au moins électronégatif

toute la question, et le mécanisme part dans le mauvais sens

Ce qu'il ne faut pas écrire

« Dans la liaison $\mathrm{C-Cl}$ , le carbone est plus gros, il porte donc $\delta^{-}$ . »

Ce qu'il faut écrire

« C'est l'ÉLECTRONÉGATIVITÉ qui décide, pas la taille : le chlore est plus électronégatif que le carbone, il attire le doublet et porte $\delta^{-}$ ; le carbone porte $\delta^{+}$ et devient le site accepteur. »

Pourquoi : L'électronégativité mesure la capacité à attirer un doublet de liaison, et elle augmente vers la droite et vers le haut de la classification. Le carbone se situe en dessous de l'azote, de l'oxygène et des halogènes.

6. Violer la tétravalence du carbone dans un mécanisme

1 à 2 points, et l'étape est chimiquement impossible

Ce qu'il ne faut pas écrire

« Le carbone reçoit le doublet de l'ion hydroxyde et garde ses quatre liaisons précédentes. »

Ce qu'il faut écrire

« Le carbone ne peut porter que QUATRE liaisons : si une nouvelle se forme, une ancienne doit se rompre dans le même acte élémentaire, ce qui demande une seconde flèche courbe. »

Pourquoi : Une substitution nucléophile s'écrit avec deux flèches : l'une qui forme la liaison entrante, l'autre qui rompt la liaison sortante. Compter les liaisons du carbone après chaque étape est le contrôle le plus rapide du chapitre.

7. Croire qu'une protection améliore le rendement

1 à 2 points, sur la question de justification du protocole

Ce qu'il ne faut pas écrire

« On protège la fonction alcool : le rendement global de la synthèse augmente. »

Ce qu'il faut écrire

« Protéger ajoute DEUX étapes, donc deux rendements supplémentaires au produit : le rendement global DIMINUE. Ce qu'on gagne, c'est la SÉLECTIVITÉ, c'est-à-dire l'assurance de transformer le bon groupe. »

Pourquoi : Sans protection, le réactif attaquerait les deux groupes fonctionnels et le produit voulu serait mélangé à d'autres. On échange donc du rendement contre de la pureté, ce qui est souvent rentable, mais reste un échange.

8. Faire figurer le catalyseur dans l'équation bilan

1 point, et le bilan n'est pas conservatif

Ce qu'il ne faut pas écrire

« L'équation de l'estérification s'écrit avec l'acide sulfurique parmi les réactifs. »

Ce qu'il faut écrire

« Le catalyseur est consommé puis RÉGÉNÉRÉ : il se simplifie dans la somme des actes élémentaires. On le mentionne au-dessus de la flèche de réaction, jamais parmi les réactifs. »

Pourquoi : Le catalyseur se retrouve intact à la fin : le faire figurer comme réactif signifierait qu'il disparaît. La notation au-dessus de la flèche existe précisément pour dire qu'il agit sans être consommé.

9. Représenter une flèche courbe pour le déplacement d'un atome

1 point, sur la question de convention

Ce qu'il ne faut pas écrire

« La flèche montre le départ de l'ion bromure. »

Ce qu'il faut écrire

« La flèche courbe représente le déplacement d'un DOUBLET, pas d'un atome : ici, celui de la liaison carbone-brome, qui part sur le brome et l'emmène sous forme d'ion bromure. »

Pourquoi : Toute la convention repose sur les électrons : les atomes suivent les doublets, jamais l'inverse. C'est ce qui permet de vérifier les charges en comptant simplement les flèches entrantes et sortantes.

Quelle méthode choisir

Comment repérer les sites donneurs et accepteurs

On lit la molécule atome par atome, en cherchant d'abord les charges, puis les doublets, puis les polarisations.

Si un atome porte une charge NÉGATIVE entière → site donneur, et c'est le plus fort de tous

Exemple : l'ion hydroxyde, l'ion alcoolate, un carbanion
Si un atome porte un DOUBLET NON LIANT → site donneur, plus faible que le précédent mais suffisant

Exemple : l'oxygène d'un alcool, l'azote d'une amine
Si il y a une LIAISON MULTIPLE → site donneur, le doublet de la liaison $\pi$ étant disponible

Exemple : la double liaison d'un alcène
Si un atome porte une charge POSITIVE ou une lacune électronique → site accepteur, et c'est le plus fort

Exemple : un carbocation
Si un atome porte $\delta^{+}$ dans une liaison polarisée → site accepteur

Exemple : le carbone d'un groupe carbonyle, ou celui lié à un halogène
Si la liaison est $\mathrm{C-H}$ ou $\mathrm{C-C}$ → aucun site : ces liaisons sont quasi apolaires, d'où l'inertie des alcanes

Le mécanisme se déduit ensuite presque mécaniquement : on relie le donneur le plus fort à l'accepteur le plus fort. C'est ce repérage, et non la mémorisation des réactions, que le programme évalue.

Comment évaluer une synthèse

Trois indicateurs différents répondent à trois questions différentes : combien j'obtiens, combien je gaspille, et combien d'étapes je paie.

Si l'énoncé demande le rendement d'UNE étape → $\eta=\frac{n_{\text{obtenu}}}{n_{\text{théorique}}}$ , en passant par le réactif limitant pour le dénominateur
Si l'énoncé demande le rendement GLOBAL d'une suite d'étapes → MULTIPLIER les rendements, jamais les moyenner

Exemple : $0{,}85\times 0{,}70\times 0{,}90=0{,}54$
Si l'énoncé demande l'économie d'atomes → $\frac{M_{\text{produit}}}{\sum M_{\text{réactifs}}}$ , calculée sur l'équation seule, sans aucune donnée expérimentale
Si l'énoncé demande l'efficacité réelle en matière → multiplier l'économie d'atomes par le rendement global

Les deux indicateurs mesurent des pertes différentes : l'un les sous-produits inévitables, l'autre les pertes expérimentales.
Si l'énoncé demande comment AMÉLIORER la synthèse → réduire le nombre d'étapes, choisir une réaction d'addition plutôt que de substitution, ou recycler un solvant
Si l'énoncé propose une protection de groupe → constater qu'elle coûte deux étapes et donc du rendement, mais qu'elle apporte de la sélectivité

Une réaction d'ADDITION a par construction une économie d'atomes de $100\ \%$ , puisque tous les atomes des réactifs se retrouvent dans le produit. C'est l'argument central de la chimie verte, et les sujets le demandent souvent.

La rédaction attendue

Le correcteur coche des étapes. Les voici dans l'ordre, avec la phrase de conclusion qu'il attend mot pour mot.

Écrire un mécanisme avec des flèches courbes

Quand l'utiliser : L'énoncé donne les réactifs et demande le mécanisme, ou fournit un mécanisme à compléter.

1 Repérer et NOMMER les sites : « le doublet non liant de l'oxygène de l'ion hydroxyde est un site donneur; le carbone porteur du brome, appauvri, est un site accepteur ».
2 Tracer la première flèche du donneur vers l'accepteur, en plaçant son origine sur le doublet et sa pointe sur l'atome visé.
3 Vérifier la tétravalence : si le carbone gagne une liaison, en tracer une seconde qui en rompt une autre.
4 Écrire le produit de l'acte élémentaire, avec toutes ses charges.
5 CONTRÔLER la conservation de la charge totale entre les deux membres de l'acte.
6 Recommencer pour l'acte suivant, puis additionner les actes en supprimant les intermédiaires.

Phrase de conclusion

Le doublet non liant de l'ion hydroxyde, site donneur, attaque le carbone porteur du brome, site accepteur; simultanément le doublet de la liaison carbone-brome se déplace sur le brome, qui part sous forme d'ion bromure.

Le piège : Ne tracer qu'une seule flèche pour une substitution. Le carbone dépasserait alors quatre liaisons, ce qui est impossible : il faut toujours deux flèches, l'une qui forme et l'autre qui rompt.

Barème : 1 point pour l'identification des sites, 1 point par flèche correctement orientée, 1 point pour le produit avec ses charges.

Calculer le rendement global d'une synthèse multi-étapes

Quand l'utiliser : L'énoncé donne plusieurs étapes avec leurs rendements et demande la masse finale ou le rendement global.

1 Lister les rendements de chaque étape, en fractions décimales plutôt qu'en pourcentages.
2 Les MULTIPLIER pour obtenir le rendement global, en écrivant le produit en entier.
3 Convertir en pourcentage et commenter : plus il y a d'étapes, plus la chute est rapide.
4 Pour une masse : calculer la quantité de matière initiale, la multiplier par le rendement global, puis par la masse molaire du produit final.
5 Vérifier que la masse obtenue est inférieure à la masse théorique, et de la bonne proportion.
6 Conclure sur la façon d'améliorer : réduire le nombre d'étapes plutôt que d'optimiser la meilleure d'entre elles.

Phrase de conclusion

Le rendement global vaut $0{,}85\times 0{,}70\times 0{,}90=0{,}54$ , soit $54\ \%$ : à partir de $0{,}500\ \mathrm{mol}$ de réactif, on obtient $0{,}268\ \mathrm{mol}$ de produit, soit $40{,}2\ \mathrm{g}$ .

Le piège : Optimiser l'étape déjà la meilleure. Faire passer une étape de $90$ à $95\ \%$ gagne moins que faire passer la plus mauvaise de $70$ à $80\ \%$ : c'est le maillon faible qui commande.

Barème : 1 point pour la multiplication, 1 point pour la conversion en pourcentage, 1 point pour la masse finale, 0,5 point pour le commentaire.

Vérifier avant de rendre

Cinq minutes de vérification récupèrent plus de points qu'un exercice de plus commencé à la hâte.

Compter les liaisons du carbone après chaque étape

Un carbone porte exactement quatre liaisons, toujours. Si une étape lui en donne cinq, il manque une flèche de rupture.

Dans une substitution nucléophile, le carbone gagne une liaison avec le nucléophile et en perd une avec le groupe partant : le compte reste à quatre.
Vérifier la conservation de la charge dans chaque acte

La somme des charges est la même avant et après chaque acte élémentaire. Une charge qui apparaît ou disparaît signale une flèche mal placée.

Un ion hydroxyde négatif et une molécule neutre donnent un produit neutre et un ion bromure négatif : la charge totale reste à moins un.
Contrôler que le rendement global est inférieur au plus petit

Un produit de nombres inférieurs à $1$ est plus petit que chacun d'eux. Un rendement global supérieur au plus faible des rendements d'étape est nécessairement faux.

Avec $85$ , $70$ et $90\ \%$ , le global doit être inférieur à $70\ \%$ : les $54\ \%$ trouvés le sont, les $82\ \%$ de la moyenne ne le sont pas.
Vérifier qu'une économie d'atomes ne dépasse pas 100 pour cent

Le produit ne peut pas contenir plus de matière que les réactifs. Une valeur supérieure à $1$ signale un réactif oublié au dénominateur.

Une addition parfaite atteint exactement $100\ \%$ ; toute substitution est en dessous, puisqu'elle rejette un sous-produit.
Relire la question : donneur ou accepteur

L'énoncé demande souvent l'un des deux, et les copies répondent parfois pour l'autre. Le donneur possède des électrons, l'accepteur en manque.

Dans un groupe carbonyle, l'oxygène est donneur et le carbone accepteur : ce sont deux atomes voisins et deux réponses opposées.

L'exercice type décortiqué

Évaluer une synthèse en trois étapes, comme au baccalauréat

Une synthèse industrielle comporte trois étapes successives, de rendements respectifs $85\ \%$ , $70\ \%$ et $90\ \%$ . On part de $50{,}0\ \mathrm{g}$ d'un réactif $A$ de masse molaire $100\ \mathrm{g\cdot mol^{-1}}$ , et le produit final $P$ a pour masse molaire $150\ \mathrm{g\cdot mol^{-1}}$ . La première étape suit l'équation $A+B\longrightarrow P_{1}+Q$ , avec $M(B)=80\ \mathrm{g\cdot mol^{-1}}$ et $M(P_{1})=150\ \mathrm{g\cdot mol^{-1}}$ .

1. Calculer le rendement global. 2. Pourquoi ne peut-on pas prendre la moyenne des trois rendements ? 3. Calculer la masse de produit final obtenue. 4. Calculer l'économie d'atomes de la première étape. 5. Comment améliorer l'efficacité de cette synthèse ?

Étape 1

Rendement global : $\eta=0{,}85\times 0{,}70\times 0{,}90=0{,}5355$ , soit environ $54\ \%$ .

Pourquoi

On écrit le produit en entier avant de donner le résultat. Le rendement global est inférieur au plus petit des trois, ce qui est un contrôle immédiat de cohérence.

Étape 2

La moyenne donnerait $\frac{0{,}85+0{,}70+0{,}90}{3}=0{,}817$ , soit $82\ \%$ : une surestimation de vingt-huit points.

Pourquoi

Le chiffre faux est calculé et comparé, ce qui rend la démonstration concrète. Un écart de vingt-huit points sur une production industrielle représente des tonnes de matière.

Étape 3

Chaque étape ne travaille que sur ce que la précédente lui a laissé : les pertes se COMPOSENT au lieu de s'additionner. Perdre $15\ \%$ puis $30\ \%$ ne laisse pas $55\ \%$ mais $0{,}85\times 0{,}70=59{,}5\ \%$ des deux premières étapes.

Pourquoi

La justification doit être chimique, pas seulement mathématique. C'est le fait que les étapes soient SUCCESSIVES, chacune sur le produit de la précédente, qui impose le produit et non la somme.

Étape 4

$n(A)=\frac{50{,}0}{100}=0{,}500\ \mathrm{mol}$ . Avec un rapport de un pour un, la quantité théorique de $P$ serait $0{,}500\ \mathrm{mol}$ ; en réalité $n(P)=0{,}500\times 0{,}5355=0{,}268\ \mathrm{mol}$ .

Pourquoi

On passe par les quantités de matière, jamais directement par les masses : les masses molaires diffèrent entre le réactif et le produit, et multiplier des grammes par un rendement donnerait un résultat faux.

Étape 5

$m(P)=n(P)\times M(P)=0{,}268\times 150=40{,}2\ \mathrm{g}$ .

Pourquoi

La masse théorique aurait été de $75{,}0\ \mathrm{g}$ : le résultat obtenu en est bien $54\ \%$ , ce qui recoupe le rendement global calculé à la première question.

Étape 6

Économie d'atomes de la première étape : $\frac{M(P_{1})}{M(A)+M(B)}=\frac{150}{100+80}=\frac{150}{180}=0{,}833$ , soit $83\ \%$ .

Pourquoi

Le calcul se fait sur les masses molaires de l'ÉQUATION, sans aucune donnée expérimentale. Les $17\ \%$ manquants partent dans le sous-produit $Q$ , inévitablement.

Étape 7

Efficacité réelle en matière : $0{,}833\times 0{,}5355=0{,}446$ , soit environ $45\ \%$ de la masse engagée qui finit dans le produit voulu.

Pourquoi

Les deux indicateurs se composent parce qu'ils mesurent des pertes indépendantes : l'un les sous-produits imposés par la chimie, l'autre les pertes de manipulation.

Étape 8

Améliorations : réduire le nombre d'ÉTAPES, remplacer la substitution par une addition, qui atteint $100\ \%$ d'économie d'atomes, et surtout améliorer l'étape la plus faible, celle à $70\ \%$ .

Pourquoi

Le maillon faible commande : faire passer l'étape à $70\ \%$ jusqu'à $85\ \%$ porterait le global à $65\ \%$ , alors qu'optimiser celle à $90\ \%$ ne gagnerait que trois points.

Conclusion rédigée

Le rendement global de la synthèse vaut $54\ \%$ et non $82\ \%$ , ce qui donne $40{,}2\ \mathrm{g}$ de produit à partir de $50{,}0\ \mathrm{g}$ de réactif; avec une économie d'atomes de $83\ \%$ , l'efficacité réelle en matière tombe à $45\ \%$ , et c'est l'étape la plus faible qu'il faut améliorer en priorité.

L'erreur classique sur cet exercice : Multiplier directement les $50{,}0\ \mathrm{g}$ de réactif par le rendement global. On obtiendrait $26{,}8\ \mathrm{g}$ , alors que le produit est plus lourd que le réactif : il faut passer par les quantités de matière, puis revenir aux masses.

À savoir par cœur

• L'atome le plus ÉLECTRONÉGATIF porte $\delta^{-}$ et devient donneur; l'autre porte $\delta^{+}$ et devient accepteur.
• Donneur : charge négative, doublet non liant, ou liaison multiple. Accepteur : $\delta^{+}$ ou lacune.
• La flèche courbe déplace un DOUBLET, du donneur vers l'accepteur, jamais l'inverse.
• Deux contrôles par acte : conservation de la CHARGE et TÉTRAVALENCE du carbone.
• Une substitution demande DEUX flèches : l'une forme, l'autre rompt.
• Intermédiaire réactionnel et catalyseur ne figurent PAS dans le bilan.
• Les rendements d'étapes successives se MULTIPLIENT : jamais la moyenne.
• Économie d'atomes $=\frac{M_{\text{produit}}}{\sum M_{\text{réactifs}}}$ : c'est un maximum théorique, à multiplier par le rendement réel.
• Protéger coûte deux étapes, donc du rendement, et rapporte de la sélectivité.

Questions fréquentes

Dans quel sens trace-t-on une flèche courbe ?

Toujours du site donneur vers le site accepteur. La flèche représente le déplacement d'un doublet d'électrons : elle part donc de là où il y a des électrons disponibles, c'est-à-dire une charge négative, un doublet non liant ou une liaison multiple, et pointe vers un atome qui en manque.

Comment reconnaître un site donneur et un site accepteur ?

Un site donneur possède des électrons disponibles : une charge négative entière, un doublet non liant, ou une liaison multiple. Un site accepteur en manque : il porte une charge positive, une lacune électronique, ou une charge partielle positive dans une liaison polarisée. C'est l'électronégativité qui décide de cette dernière.

L'intermédiaire réactionnel apparaît-il dans le bilan ?

Non. Il est formé à une étape et consommé à la suivante, donc il figure des deux côtés lorsqu'on additionne les actes élémentaires et se simplifie. Il en va exactement de même pour un catalyseur, qui est consommé puis régénéré. Ni l'un ni l'autre ne doit apparaître dans l'équation bilan.

Comment calcule-t-on le rendement d'une synthèse en plusieurs étapes ?

En multipliant les rendements des étapes successives, jamais en les moyennant. Chaque étape ne travaille que sur ce que la précédente lui a laissé, donc les pertes se composent. Trois étapes à quatre-vingt-cinq, soixante-dix et quatre-vingt-dix pour cent donnent un rendement global de cinquante-quatre pour cent, pas quatre-vingt-deux.

Quelle différence entre économie d'atomes et rendement ?

L'économie d'atomes se calcule sur l'équation seule : c'est la fraction de la masse des réactifs qui se retrouve dans le produit voulu, un maximum théorique. Le rendement mesure ce qu'on obtient réellement par rapport à ce maximum. L'efficacité effective est le produit des deux.

Pourquoi protéger un groupe fonctionnel si cela fait baisser le rendement ?

Pour gagner en sélectivité. Sans protection, le réactif attaquerait plusieurs groupes de la molécule et l'on obtiendrait un mélange difficile à séparer. La protection coûte deux étapes supplémentaires, donc du rendement, mais elle garantit que seul le groupe visé est transformé. C'est un échange assumé.

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Exercices corrigés : Synthèse organique et mécanismes

Une méthode se prouve sur une copie, pas sur une fiche. La série du même chapitre reprend chacun de ces pièges dans un exercice, avec le corrigé rédigé étape par étape.

15 exercices corrigés
150 points
225 minutes

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