CHIMIE

© Hachette Livre – H Prépa / Chimie, 1 re année, PCSI –La photocopie non autorisée est un délit
COURS
340
a)
b)
11
Interactions de faible énergie
O
H
O
O
N
H
N
O O
Doc. 30 Nitrophénols.
O
Proposer une interprétation pour les deux observations
expérimentales suivantes :
– l’acide (Z)–butènedioïque a une température de
fusion inférieure à celle de son diastéréoisomère (E) ;
– l’acide (Z)–butènedioïque est beaucoup plus soluble
dans l’eau que son diastéréoisomère (E).
■ Les molécules d’acide (Z)–butènedioïque présentent
des liaisons hydrogène intramoléculaires
(doc. 31 a) ; elles participent donc à moins de liaisons
hydrogène intermoléculaires que celles de son diastéréoisomère
(E)(doc. 31 b). En conséquence, elles sont
moins liées les unes aux autres, ceci explique que l’acide
(Z)–butènedioïque fond à une température de fusion
plus basse que l’acide (E)–butènedioïque.
a) H
b)
O O
H
O C C O H
C C
H H
Doc. 31 Liaison hydrogène intramoléculaire dans
le stéréoisomère (Z).
■ Si l’on cherchait à interpréter la solubilité de ces
deux acides en ne considérant que des interactions
dues à l’existence de liaisons hydrogène, on arriverait
à la conclusion que le stéréoisomère (Z), siège de
liaisons hydrogène intramoléculaires et donnant donc
moins de liaisons avec l’eau que le stéréoisomère (E),
serait le moins soluble.
■ La solubilité des composés organiques dans l’eau, paramètre essentiel pour
leur séparation, leur extraction ou leur purification lors de leur synthèse, dépend
fortement de la longueur de leur chaîne carbonée (doc. 29, page 339) : plus
cette chaîne est longue plus l’établissement de liaisons hydrogène est difficile
dans le cas de composés azotés ou oxygénés.
■ La comparaison de la solubilité d’espèces isomères met en évidence l’influence
de la présence de liaisons hydrogène intramoléculaires, ainsi le
2-nitrophénol (doc. 30 a) est près de trois fois moins soluble dans l’eau que le
4-nitrophénol (doc. 30 b).
APPLICATION 2
Quelques configurations électroniques
O
H
C
C
O
O
C
C
H
O
H
Pour interpréter l’observation expérimentale, il est
nécessaire de considérer qu’il existe d’autres interactions
entre les molécules d’acide et les molécules
d’eau : ce sont les interactions de van der Waals. Ces
interactions sont très fortes entre l’eau, solvant polaire,
et le stéréoisomère (Z) polaire alors qu’elles sont
beaucoup plus faibles entre l’eau et le stéréoisomère
(E) apolaire (doc. 32).
a) b) H
rp1 O O
H H O C C O
O
H
C C
rp
H
c)
O
H
H C
C
O
O
C
H
rp = r0
Doc. 32 Polarités des molécules d’eau (a) et
d’acides butènedioïque (Z) (b) ou (E) (c).
Remarque : Il conviendrait en toute rigueur de prendre
en compte également les interactions de van der Waals
pour interpréter les valeurs relatives des températures
de fusion, les molécules polaires du stéréoisomère
(Z) interagissant plus fortement que celles,
apolaires, du stéréoisomère (E). L’expérience montre
toutefois qu’ici l’influence de la présence des liaisons
hydrogène est prédominante pour la cohésion
de ces acides à l’état solide.
C
O
H
H