Aurélie 26/03/13
 

 

Synthèse du nitropropane, RMN du solvant DMF, bac S 2013.

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A haute température l'acide nitrique HNO3 réagit sur le propane en donnant du nitropropane suivant un processus radicalaire. L'acide nitrique se décompose suivant :
HO-NO2 --> HO
. + .NO2.
Le propane se décompose suivant : C3H8 --> .C3H7 + H..
Tous les atomes d'hydrogène de la molécule possèdent la même probabilité d'être arraché.
Montrer qu'il peut se former deux isomères du nitropropane.
CH3-CH(NO2)-CH3 2-nitropropane et O2NCH2-CH2-CH3 1-nitropropane.
Calculer le pourcentage de chacun d'eux.
Il y a deux type d'atomes d'hydrogène : 6 hydrogène sur les groupes méthyle CH3 et 2 hydrogène sur le groupe -CH2-. La probabilité pour un hydrogène d'être arraché étant la même, on obtiendra 75 % de 1-nitrométhane et 25 % de 2-nitropropane.
On peut aussi obtenir le 1-nitropropane en faisant réagir le 1-bromopropane sur le nitrite de sodium ( composé ionique de formule NaNO2 ). Cette réaction se fait à température ambiante, à condition d'utiliser un solvant particulier, le DMF ( N,N diméthylméthanamide (CH3)2N-CHO ).
A quelle catégorie de solvant appartient le DMF ?
C'est un solvant polaire aprotique à haut point d'ébullition.
Le DMF présente un spectre RMN intéressant. A température ambiante, on bserve trois pics :
8,06 ppm : fonction aldehyde ; les deux méthyles donnent deux singulets sépaés à 2,78 ppm et 2,95 ppm.
A température élevée, 150 °C, le pic à 8,06 ppm reste inchangé, mais les deux autres pics n'en forment plus qu'un.

Donner une explication.
On peut écrire deux formes mésomères du DMF :

(1) possède un plan de symétrie, les deux groupes méthyles ont le même environnement et donnent un seul signal RMN. (2)  ne posède pas d'élément de symétrie, les deux groupes méthyles ne possèdent pas le même environnement et conduisent à deux sigulets distincts.

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La réaction du 1-bromopropane sur le nitrite de sodium est une substitution nucléophile.
Donner la première étape de cette substitution et en déduire l'équation de la réaction.
CH3-CH2-CH2-Br -->
CH3-CH2-CH2+ + Br-.( étape lente )
suivi d'une étape rapide : 
CH3-CH2-CH2+ + NO2--->CH3-CH2-CH2-NO2.
ou bien en une seule étape :


On peut envisager une autre première étape qui conduirait à un autre isomère du 1-nitropropane.
Quel serait la formule semi-développée de cet isomère ?
CH3-CH(NO2)-CH3 2-nitropropane.




Si l'on doit produire du 1-nitropropane industriellement, quels seront les avantages et les inconvénients des deux méthodes ?
Chaque étape d'une synthèse doit posséder le rendement le plus élevé possible.
Chaque réaction doit être rapide, conduire à un seul produit et s'effectuer dans des conditions de température et de pression peu contraignantes.
Les étapes de séparation du produit recherché du milieu réactionnel  doivent être simples et peu nombreuses.
Les deux synthèses conduisent à 2 isomères qu'il faudra ensuite séparer. La première nécessite une dépense énergétique importante ( température élevée ). La seconde ne présente pas cet inconvénient.




  


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