Transcription of Corrigé exercice 11 - Chimie
1 corrig exercice 11. CARACT RE HYDROPHILE ET LIPOPHILE. 1) Formules semi-d velopp es : Eau : H! O. Octan-1-ol : CH" -CH! -CH! -CH! -CH! -CH! -CH! -CH! -OH. M thanol : CH" -OH. Propan-1-ol : CH" -CH! -CH! -OH. Butan-1-ol : CH" -CH! -CH! -CH! -OH. Pentan-1-ol : CH" -CH! -CH! -CH! -CH! -OH. thoxy thane : CH" -CH! -O-CH! -CH". Toutes ces mol cules poss dent un atome d'oxyg ne li par deux liaisons simples soit des atomes de carbone, soit des atomes d'hydrog ne. Au niveau de l'oxyg ne, la structure de Lewis est : o R# ou R ! sont doit des atomes H, soit des cha nes carbon es. On en d duit que la g om trie autour de l'atome O est de type VSEPR AX! E! dans tous les cas, c'est - - dire que toutes les mol cules de l' exercice poss dent la m me g om trie coud e au niveau de l'oxyg ne, avec des angles R). # OR ! de mesures tr s proches, l g rement inf rieures 109 : Comme les lectron gativit s de C et de H sont tr s proches, on peut n gliger les moments dipolaires des ventuelles liaisons C-C ou C-H pr sentes dans R# et R !
2 Le moment dipolaire de toutes les mol cules est donc sensiblement gal la somme des moments dipolaires des liaisons O-R# et O-R ! : . ,,,, # . ,,,, ! . ,,,, # + ,,,, . ! En conclusion, dans toutes les mol cules de l' exercice , les normes des vecteurs ,,,, . # et ,,,, . ! sont tr s voisines et, la g om trie des mol cules tant la m me, l'angle que forment ces vecteurs est sensiblement le m me : leur somme est donc sensiblement la m me. Toutes les mol cules de l' exercice ont sensiblement le m me moment dipolaire . 2) Soit une esp ce M figurant dans le tableau. Lorsqu'on met en pr sence une solution de M dans l'eau (phase aqueuse) avec une solution de M dans l'octan-1-ol (phase organique ), par exemple dans une ampoule d canter, M peut passer d'une phase l'autre, selon une r action mod lis e par l' quation : M(aq) = M(org). On appelle constante de partage de M entre l'eau et l'octan-1-ol la constante d' quilibre de cette r action. Elle est donc gale au quotient r actionnel lorsque l' quilibre est atteint, soit : Atomes et mol cules exercice 11 Page 1 sur 3.
3 3M(org) 4. +, =. 3M(aq) 4. +, Remarque : La r action est bien M(aq) = M(org) et non pas M(org) = M(aq,) , car on voit dans le tableau que plus la cha ne carbon e est longue, plus log donc augmente. Or une mol cule longue cha ne est plus soluble dans l'octan-1-ol et moins dans l'eau selon le principe qui se ressemble s'assemble . Voir la question 4 pour une interpr tation plus d taill e. 3) Le caract re hydrophile d'une esp ce traduit son affinit pour l'eau. Le caract re lipophile d'une esp ce traduit sa faible affinit pour l'eau et, au contraire, son affinit . pour les mol cules comportant des zones peu polaires, notamment celles poss dant de longues cha nes carbon es, ici l'octan-1-ol..M(org)0. &'. Une valeur de log , donc de , plus grande, traduit une augmentation du rapport .M(aq) 0. l' quilibre, &'. donc une solubilit de plus en plus grande de M dans l'octan-1-ol, mol cule longue cha ne carbon e, par rapport l'eau. Autrement dit, plus est grande, plus M est lipophile et moins M est hydrophile : caract re hydrophile m thanol / thanol / propan-1-ol / thoxy thane / butan-1-ol / pentan-1-ol caract re lipophile 4) Toutes les mol cules de l' exercice ayant sensiblement le m me moment dipolaire, on signale tout d'abord que les interactions de van der Waals de type Keesom seront sensiblement de m me intensit entre mol cules d'eau, entre mol cules d'octan-1-ol, entre mol cules M et mol cules d'eau, et entre mol cules M et mol cules d'octan-1-ol.
4 Ce n'est donc pas ce type de forces qui permettra d'interpr ter les diff rences. En revanche, on sait que les mol cules d'eau sont essentiellement li es les unes aux autres par des liaisons hydrog ne. Tous les alcools M du tableau poss dent un groupe hydroxyle O-H, qui est la fois donneur et accepteur de liaisons hydrog ne (en pointill s sur le sch ma ci-dessous) : Cette partie hydrophile est permet au groupe OH de s'ins rer facilement entre deux mol cules de solvant. En revanche, le groupe R s'ins re difficilement entre mol cules d'eau, car celles-ci doivent se s parer les unes des autres pour l'accueillir Plus la cha ne carbon e R est longue, plus le caract re hydrophobe augmente. Concernant l'octan-1-ol, il peut donner et recevoir des liaisons hydrog ne avec les groupes O-H des alcools M, mais, en plus, sa propre cha ne carbon e peut r aliser des interactions de van der Waals de type London avec la cha ne carbon e de M : Atomes et mol cules exercice 11 Page 2 sur 3.
5 Ainsi, plus la cha ne carbon e est longue, plus l'alcool M ressemble l'octan-1-ol. Les interactions de London sont ainsi de plus en plus nombreuses tout le long des cha nes. La conclusion est donc l'inverse de celle donn e pour l'eau : plus la cha ne carbon e est longue, plus le caract re lipophile augmente. Le cas de l' thoxy thane est interm diaire : il est accepteur mais pas donneur de liaison hydrog ne et poss de deux cha nes carbon es : il est donc tr s peu hydrophile, a priori moins que la butan-1-ol qui a aussi 4 atomes de carbone. L' thoxy thane a une partie lipophile semblable au butan-1-ol, mais il a sans doute un peu moins d'affinit que lui avec l'octan-1-ol car il ne peut r aliser de liaison hydrog ne. On trouve finalement une valeur de log assez proche de celle du butan-1-ol . Atomes et mol cules exercice 11 Page 3 sur 3.
