Synthétiser un conservateur : un exercice de 4 points
Le troisième exercice du bac 2024 de physique-chimie en Amérique du Nord (jour 1) vaut 4 points, soit une quarantaine de minutes. Il porte sur le gallate de propyle, un conservateur ajouté aux huiles, obtenu à partir de l'acide gallique et du propan-1-ol en présence d'ions H+. Les 6 questions couvrent la synthèse organique de terminale : groupes caractéristiques, mécanisme réactionnel, catalyse, optimisation du rendement et calcul de masse.
Groupes caractéristiques (Q1)
Le seul groupe modifié est celui porté par le carbone lié au cycle : le groupe carboxyle de l'acide gallique, de la famille des acides carboxyliques, devient un groupe ester, de la famille des esters. Les trois groupes hydroxyle du cycle sont identiques dans les deux molécules : il ne faut pas les entourer. Attention aussi à ne pas confondre le nom du groupe et celui de la famille.
Flèches courbes et intermédiaire réactionnel (Q2 et Q3)
Une flèche courbe part toujours d'un doublet d'électrons et pointe vers un site accepteur. À l'étape 3, un doublet non liant d'un atome d'oxygène attaque l'atome H lié à l'oxygène chargé positivement, puis le doublet de la liaison O-H se rabat sur cet oxygène. Le bilan est le transfert d'un ion H+, qui prépare le départ d'une molécule d'eau. Faire partir une flèche de l'atome H ou de la charge positive est une erreur. L'espèce A formée à l'étape 4 porte un oxygène doublement lié au carbone, lié à H, avec un seul doublet non liant et la charge positive. Formée puis consommée à l'étape suivante, elle n'apparaît pas dans l'équation : c'est un intermédiaire réactionnel. Un double bilan, sur les atomes et sur la charge, permet de contrôler le schéma de Lewis.
Catalyseur et réactif en excès (Q4 et Q5)
Les ions H+, écrits au-dessus de la flèche, sont consommés au début du mécanisme et régénérés à la fin : ce sont des catalyseurs. Ils accélèrent la transformation sans modifier son état final ; écrire qu'un catalyseur améliore le rendement est faux. La transformation n'étant pas totale, introduire le propan-1-ol en excès déplace l'équilibre vers la formation de l'ester et augmente le rendement. L'autre levier au programme consiste à éliminer un produit au fur et à mesure de sa formation.
Masse d'acide gallique (Q6)
Cette question ouverte se traite en cinq étapes à annoncer : masse d'huile (455 kg), masse de gallate de propyle autorisée (91 g), quantité d'ester (0,429 mol), quantité d'acide gallique en tenant compte du rendement de 60 % (0,715 mol), puis masse d'acide, environ 1,2 × 102 g. Le piège est de multiplier par 0,60 au lieu de diviser : la quantité d'acide doit être supérieure à celle d'ester. Le commentaire attendu souligne la très faible teneur en conservateur et le fait que cette masse est un maximum réglementaire.
Conseils pour cet exercice
Sur les mécanismes, vérifiez l'origine de chaque flèche avant de la tracer. Dans le calcul final, gardez un chiffre de plus pour les valeurs intermédiaires et arrondissez le résultat à deux chiffres significatifs. Chaque étape posée correctement rapporte des points, même si le résultat final manque.