3. Substitution électrophile aromatique sur le benzène

Exercices supplémentaires, Génie des réacteurs, ... Le cracking catalytique du cumène pour former le benzène et le propylène est réalisé dans un réacteur à lit  ...


un extrait du document



à 25°C : 20,9 kJ.mol–1
enthalpie standard de sublimation du carbone : 717,71 kJ.mol–1
énergies de liaisons (en kJ.mol–1)
H–H 434,72 O=O 494,91
C–H 413,82 C–C 346,94
C=C 614,46 C=O 727,32
a) Calculer l’enthalpie standard de formation de l’acroleine de deux façons différentes.
b) Interpréter l’éventuelle différence obtenue. Définir l’énergie de résonnance.
2. Aromaticité
a) A quelle(s) condition(s) un composé est-il aromatique ? Enoncer la règle de Hückel.
b) Benzène possède une énergie de résonance notée Er : (benzène) = 150 kJ.mol–1
Définir la notion d’énergie de résonance.
c) Comment l’existence d’une énergie de résonance se traduit-elle sur les propriétés chimiques de la molécule dans le cas du benzène ?
3. Substitution électrophile aromatique sur le benzène
Les cycles aromatiques peuvent subir des réactions de substitution. Une réaction de substitution très courante est la substitution électrophile aromatique.
a) En utilisant la notation E+ pour l’électrophile, écrire les étapes de la substitution électrophile aromatique sur le benzène. Quelle est l’étape cinétiquement déterminante ?
b) Quelle est la forme de la loi de vitesse de cette étape ?
c) Prévoir un tableau récapitulatif clair et complet (on pourra s’inspirer du H-Prépa), résumant toutes les réactions de substitution électrophiles au programme, en précisant la formation de l’électrophile, les conditions expérimentales et les particularités de ces réactions.
4. Polysubstitution
Prévoir un tableau récapitulatif clair et complet (on pourra s’inspirer du H-Prépa), résumant les règles de polysubstitution de Holleman. Il est impératif de les comprendre par l’écriture des formes mésomères des intermédiaires réactionnels.
II. Exercices
1. Synthèses
En précisant les conditions expérimentales, les mécanismes, proposer une suite réactionnelle permettant d’obtenir à partir du benzène, de tous les corps minéraux nécessaires et des composés organiques précisés, les composés suivants :
a) Méta et parabromonitrobenzène.
b) Métanitroacétophénone. (Le chlorure d’éthanoïle est disponible).
c) 4-propylaniline (les composés organiques simples sont autorisés).
d) Le cyclohexylcyclohexane.
2. Séquence réactionnelle

a) Proposer un protocole permettant d’obtenir le réactif de départ.
b) Identifier et donner le mécanisme de la formation de A.
c) Donner la formule du composé B et représenter les différents stéréoisiomères de C.
d) On suppose que l’on obtient uniquement C sous la forme du composé 1R,2R, donner la formule de D, le mécanisme de son obtention et préciser les conditions opératoires pour que la réaction soit effectivement bimoléculaire.
D subit ensuite une deshydratation à haute température en milieu acide phosphorique. On obtient 3 composés isomères E, F, G. E est majoritaire, G est obtenu sous forme de traces. L’ozonolyse réductrice de ces trois composés donne : 
Pour G, de la cyclohexanone et du méthanal, et pour E, le composé suivant : 

Donner le mécanisme de la formation de E,F,G et dire ce qu’a donné l’ozonolyse de F.
R2 est une résine échangeuse d’anions.
3. Synthèse et extraction du 4-aminotoluène
On réalise la nitration du toluène.
a) Préciser les conditions opératoires, le mécanisme et les effets d’orientation. Quels composés poly nitrés risque-t-on de former ?
b) On souhaite transformer le 4-nitrotoluène en 4-aminotoluène. Quel type de réaction doit-on mettre en œuvre ?
c) Le réactif est l’étain en milieu chlorhydrique. Sachant qu’il existe un complexe hexachlorostanate (IV), écrire l’équation bilan de la réaction.
d) Après réaction, on ajoute, en refroidissant, une quantité de soude telle que le milieu devienne basique. (L’étain passe alors sous la forme  EMBED Equation.3 ). Ecrire l’équation de la réction.
e) Le 4-aminotoluène est séparé par entraînement à la vapeur. Faire un schéma du montage expérimental utilisé.
f) Pour vérifier la pureté du 4-aminotoluène, opn peut réaliser une CCM. La technique de révélation consiste à pulvériser, dans un premier temps, du nitrite de sodium dans l’acide chlorhydrique, puis, dans un second temps, une solution de 1-naphtol. Indiquer la suite des réactions chimiques se produisant sur la plaque. Comment la pureté du 4-aminotoluène peut-elle être prouvée ?
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Dérivés aromatiques  PAGE 3