Un exercice de chimie organique sur 9 points

L'exercice 1 du bac S 2018 Amérique du Nord (ancien programme) est le plus long du sujet : 9 points, soit environ 1 h 30 de travail. Il est entièrement consacré à l'anéthol, la molécule qui donne son goût à l'anis étoilé. Les quatre parties couvrent presque tout le programme de chimie organique de l'époque : isomérie, extraction par solvant, mécanisme réactionnel, spectroscopie et dosage par étalonnage. Elles sont largement indépendantes, ce qui permet de ne pas rester bloqué.

Partie 1 : isomérie de l'anéthol et de l'estragol

Questions 1.1 à 1.4

Pour justifier que les deux molécules sont isomères, il suffit de compter les atomes : même formule brute C10H12O, mais une double liaison placée différemment. Seul l'anéthol présente des stéréoisomères Z et E, car chaque carbone de sa double liaison porte deux groupes différents, alors que le carbone terminal de l'estragol porte deux hydrogènes. Ces deux isomères sont des diastéréoisomères : ils ont des températures de changement d'état différentes et se distinguent donc facilement au laboratoire. Le piège classique consiste à chercher une isomérie Z/E dans le cycle aromatique.

Partie 2 : extraction par solvant

Questions 2.1 à 2.5 : l'ampoule à décanter

Le dichlorométhane, de masse volumique 1,33 g/mL, est plus dense que l'eau : la phase organique, qui contient l'anéthol, se trouve en dessous. Beaucoup d'élèves placent par réflexe la phase organique au-dessus, il faut toujours comparer les masses volumiques. Les précautions se justifient par les pictogrammes : hotte, gants, lunettes et dégazage de l'ampoule. Le solvant est choisi parce qu'il dissout bien l'anéthol sans être miscible à l'eau, le sulfate de sodium anhydre sert à sécher la phase organique, et une CCM avec un dépôt d'anéthol pur permet de confirmer sa présence.

Question 2.6 : le pourcentage massique

Avec 1,90 mL d'huile et une masse volumique de 0,9882 g/mL, on obtient 1,88 g d'anéthol pour 50,0 g d'anis, soit 3,76 %. Le commentaire demande de ramener les données de l'hydrodistillation à la teneur en anéthol, entre 6,4 % et 8,1 %, avant de comparer : l'extraction par solvant est environ deux fois moins efficace.

Partie 3 : synthèse et contrôle par RMN

Dans la première étape, l'ion hydroxyde capte un proton du phénol : c'est une réaction acide-base. Dans la deuxième, le site donneur est l'oxygène de l'ion phénolate et le site accepteur le carbone lié au brome, plus électronégatif. Les flèches courbes partent toujours d'un doublet. Pour le spectre de RMN, chaque signal est attribué grâce au déplacement chimique, à l'intégration et à la règle des n + 1 pics : on retrouve bien les 12 hydrogènes de l'anéthol, avec un doublet de 3 H vers 1,9 ppm que l'estragol ne donnerait pas.

Partie 4 : dosage par étalonnage

La longueur d'onde de 260 nm appartient aux ultraviolets, ce qui s'explique par les quatre doubles liaisons conjuguées de l'anéthol, une de plus que le benzène. La lecture graphique donne une concentration de 0,26 mmol/L pour la solution diluée. Il ne faut pas oublier le facteur de dilution 50, puis la conversion en concentration massique : on trouve 0,19 %, ce qui confirme l'indication de 0,2 % portée sur l'étiquette.

Conseils pour réussir

Soignez les justifications courtes, qui rapportent beaucoup de points dans ce type d'exercice, et vérifiez les unités à chaque étape du calcul. L'isomérie Z/E et la RMN ne figurent plus au programme actuel de spécialité, mais l'extraction, la CCM et le dosage par étalonnage restent des incontournables.