Chimie organique ; autour de l'ion cyanure. Bts Biotechnologies 2014

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Chimie organique.
La molécule de testostérone contient  6 atomes de carbone asymétriques.

Qu'est-ce qu'un atome de carbone asymétrique ?
Un atome de carbone asymétrique est tétragonal, relié à 4 atomes ou groupes d'atomes différents.
Donner les numéros des six atomes de carbone asymétrique de cette molécule.
n°8, 9, 10, 13, 14 et 17.
Donner le nombre maximal de stéréoisomères d'une molécule comportant six atomes de carbone asymétriques.
26 =64.
Dans le cas de la lutte contre le dopage, on dose le rapport testostérone / épitestostérone. Ces deux molécules diffèrent entre elles par la seule configuration du carbone n°17.
Ces molécules sont-elles énantiomères ? Justifier.
Le carbone n°17 est asymétrique ; tous les autres atomes de carbone de ces deux molécules ont la même configuration.
Testostérone et épitestostérone sont donc diastéréoisomères.
Voir dans le cas de deux atomes de carbone asymétriques :

Synthèse de l'éthylbenzène.
Ecrire la formule semi-développée de l'éthanal. A quelle famille de composé l'éthanal appartient-il ?
L'éthanal CH3-CHO est un aldehyde.
A partir de l'éthanal, on peut obtenir un acide carboxylique comportant le même nombre d'atomes de carbone.
Donner le type de réaction. Donner le nom et la formule semi-développée de cet acide A.
L'oxydation ménagée de l'éthanal conduit à l'acide éthanoïque CH3-COOH.
Par action d'un agent chlorurant sur A on fabrique le chlorure d'éthanoyle B.
Ecrire la formule semi-développée de B et citer un agent chlorurant.
CH3-COCl ; agent chlorurant PCl5.
On réalise ensuite l'acylation du benzène par le composé B, on obtient le composé C.
De quel type de réaction s'agit-il ? Quel catalyseur peut-on utiliser ? Ecrire l'équation de la réaction.
Substitution électrophile sur le noyau benzénique en présence de chlorure d'aluminium AlCl3.
C6H6 +CH3-COCl ---> C6H5-CO-CH3 + HCl.
Le mécanisme réactionnel fait intervenir un ion qui attaque le cycle benzénique.
Ecrire la formule semi-développée de cet ion.
Cation acylium .
Quelle est la fonction chimique caractéristique du composé C ?
C est une cétone.
Une réduction de Clemmensen conduit à l'éthylbenzène D.
Ecrire la formule semi-développée de D.
C6H5-CH2-CH3.



L'ion cyanure.
Cet ion CN- est la base conjuguée de l'acide cyanhydrique HCN. Le pKa de ce couple vaut 9,3.

Donner le schéma de Lewis de la molécule d'acide cyanhydrique.
l'ion cyanure est utilisé dans le procédé de lixiviation de l'or, qui permet sa récupération par mise en oeuvre d'une solution aqueuse de cyanure de sodium. Pour éviter tout dégagement toxique, le pH est maintenu à 10,5.
Calculer le rapport [HCNaq] / [CN-aq] et commenter.
pH = pKa + log ( [CN-aq]/[HCNaq]) ; log ( [CN-aq]/[HCNaq]) = 10,5-9,3 =1,2.
[CN-aq]/[HCNaq] ~16 ; [HCNaq] / [CN-aq] = 0,063.
A pH = 10,5, il reste 6 % de HCN ; le dégagement de gaz toxique n'est pas négligeable.
La destruction des ions cyanure fait intervenir leur oxydation en ion cyanate CNO-.
Ecrire la demi-équation électronique correspondant à cette oxydation en milieu acide.
CN-aq + H2O ---> CNO- aq +2H+aq+2e-.
En faisant intervenir les ions hydroxyde, établir cette demi-équation en milieu basique.
CN-aq + 2HO-aq ---> CNO- aq +H2O+2e-.

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Deux ions cyanure jouant le rôle de ligands autour de l'ion argent I peuvent former un complexe, l'ion dicyanoargentate I.
Ecrire l'équation chimique de la réaction de formation de ce complexe.
2CN-aq + Ag+ aq ---> [Ag(CN)2]-aq.
Exprimer la constante de formation de ce complexe.
Kf = [[Ag(CN)2]-aq] / ([CN-aq]2[Ag+ aq]).
Dans une solution aqueuse de nitrate d'argent de concentration C1 = 1,0 10-2 mol/L on ajoute sans variation de volume des ions cyanure. La concentration initiale des ions cyanure est [CN- aq]0=3,0 10-2 mol/L.
Une électrode d'argent plongée dans la solution a pour potentiel redox E= -0,28 V.

Ecrire la demi-équation électronique associée au couple Ag+aq / Ag(s).
Ag+aq + e- = Ag(s).
Montrer que la concentration molaire de l'ion argent à l'équilibre vaut 1,0 10-18 mol/L.
E = E°(Ag+aq / Ag(s)) +0,06 log [Ag+aq]éq.
-0,28 = 0,80 + 0,06 log
[Ag+aq]éq ; log [Ag+aq]éq = -1,08 / 0,06 = -18 ; [Ag+aq]éq =1,0 10-18 mol/L.
  Calculer la concentration à l'équilibre des ions complexes formés et des ions cyanures restants. Ce tableau est dressé pour un volume de solution égal à 1 L.
Etat
Avancement (mol)
Ag+ aq +2CN-aq --> [Ag(CN)2]-aq
initial
0
1,0 10-2
3,0 10-2 0
à l'équilibre
x~1,0 10-2
1,0 10-2 -x = 1,0 10-18
3,0 10-2 -2x =1,0 10-2 x=1,0 10-2

En déduire la valeur de KF.
Kf =1,0 10-2 / ( (
1,0 10-2)2* 1,0 10-18) =1,0 1020.





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