\begin{document}
\title{LC-09-Synthèse chimique : aspect macroscopique et mécanisme réactionnel (Lycée)}
\author{Maud}
\maketitle

\section*{Pré-requis}
\begin{itemize}
    \item type de réaction (classe première spcl)
    \item site nucléophile/électrophile (classe première spcl)
    \item formalisme de la flèche courbe pour le mécanisme A/B de l'acide carboxylique (classe première spcl)
    \item mesomérie  (classe première spcl)
\end{itemize}
\bibliographystyle{plain}
\bibliography{biblio}
\livre{\href{https://marchettibenjamin.files.wordpress.com/2021/05/article-bup_4409.pdf}{Protocole de l'isomérisation de l'acide maléique en acide fumarique}}
\livre{\href{http://www.prof-tc.fr/Lycee/file/Terminale\%20S/Specifique/10\%20-\%20Representation\%20spatiale\%20des\%20molecules/Cours\%20-\%20TP\%20-\%20Exercices/TP\%20-\%20Proprietes\%20des\%20diastereoisomeres\%20-\%20Conformation\%20-\%20Correction.pdf}{Mécanisme et plus}}
\tableofcontents
\section{Introduction}
\subsection*{Introduction pédagogique}
\noindent\underline{\textbf{Objectifs pour les profs}}
\begin{itemize}
    \item 
\end{itemize}
On s'intéresse à la synthèse de l'acide fumarique à partir de l'acide maléique. C'est l'occasion pour les élèves de travailler sur un protocole expérimentale permettant de séparer deux diastéréoisomères d'un même mélange réactionnel. De plus, sachant que l'on ne peut pas passer de l'un à l'autre sans rompre de liaison, une modélisation microscopique de la réaction à l'aide du formalisme des flèches courbes pour confirmer la rupture de liaison pour passer de l'un à l'autre. Cette modélisation sera étend à l'ensemble des mécanismes réactionnels, où l'on pourra évoquer les différents types de réaction possibles. Il s'agit d'un TP cours, où les élèves réfléchiront sur les protocoles à adopter pendant la synthèse.
\noindent\underline{\textbf{Objectifs pour les élèves}}
\begin{itemize}
    \item Mettre en œuvre un protocole pour différencier deux diastéréoisomères par un procédé physique ou chimique.
    \item identifier le cat. dans les réactions
    \item réaliser une synthèse en respectant les gestes de sécurité dans le laboratoire
    \item tracer les flèches courbes de la zone riches en électrons vers les sites pauvres en électron
    \item Ecrire les molécules dans les mécanismes réactionnels sous leur forme de Lewis
    \item Garder des équations équilibrées malgré le fait de travailler avec des équations assez lourdes (molécules en formule topologique)
\end{itemize}
\noindent\underline{\textbf{Activités pour les élèves}}
\begin{itemize}
    \item ce TP
    \item étude d'un mélange racémique de vitamine C et de son énantiomère, activité pour reconnaître les 4 stéréoisomères, on pourra faire une droite d'étalonnage grâce à la loi de Boit pour déterminer l'excès énantiomérique d'une solution inconnue. 
    \item \textit{"Comparer la stabilité des intermédiaires réactionnels (carbocation, carbanion et radical) pour interpréter la nature des produits obtenus et leur proportion relative, le mécanisme étant fourni."} en TD
\end{itemize}

\remarque{On n'abordera pas les notions suivantes :Stéréochimie, mélange racémique. Loi de Biot, excès énantiomérique.}
\subsection*{Introduction générale}
\remarque{Il s'agit d'une leçon alternative à celle de Maxime en fonction de l'élément imposé : \textit{"Mettre en œuvre un protocole pour différencier deux diastéréoisomères par un procédé physique ou chimique."}}

\section{Isomérisation de l'acide maléique}

\subsection{Synthèse de l'acide maléique}
On donne l'équation bilan de l'isomérisation (l'un donne l'autre tout simplement en cat. acide). 

On remarque le lien d'isomérie entre le réactif et le produit : même formule brute, même formule développée mais représentation de Cram différente. 
On utilise pour le raisonnement le schéma suivant: 
\begin{figure}[h!]
    \centering
    \includegraphics[width = 0.5\textwidth]{LC/LC-09-Synthèse chimique : aspect macroscopique et mécanisme réactionnel (Lycée)(bis)/schéma_recap_isomère.png}
\end{figure}
L'acide maléique et l'acide fumarique sont donc diastéréoisomères. 

On a chauffé à reflux pendant une dizaine de minutes l'acide maléique en milieu acide. On montre le montage à reflux.

\transition{Comment les séparer?}

\subsection{Séparation des deux diastéréoisomères}
Si l'on regarde les propriétés des deux diastéréoisomères, on voit notamment qu'ils n'ont pas la même solubilité dans l'eau (cf. lecon sur les structure spatiales). 
De plus, on peut voir que la solubilité évolue avec la température. Actuellement, l'acide fumarique est soluble dans l'eau parce que le mélange est à haute température. On va donc baisser la température pour faire précipiter l'un sans l'autre. Finalement, c'est un peu le principe de la recristallisation.

\begin{figure}
    \centering
    \includegraphics[width = 0.5\textwidth]{LC/LC-09-Synthèse chimique : aspect macroscopique et mécanisme réactionnel (Lycée)(bis)/fum_mal_recris.png}
    \caption{Solubilité à chaud et à froid des deux acides.}
\end{figure}

\bluebox{Manip' : extraction de l'acide fumarique}{On a mis le mélange réactionnel dans un bain de glace. Le solide a précipité. On va l'essorer sur Büchner. On rappelle les gestes de sécurité en laboratoire : lunette, gant, blouse. 7voir BUP 77}


\transition{On veut être sur que l'on a bien séparer les deux énantiomères. On choisit judicieusement un moyen pour caractériser notre produit.}

\subsection{Caractérisation des produits}
Point de fusion ? CCM ? cf. BUP de référence du protocole Titrage de l'acide maléique ? cf \cite{barbe_chimie_jean_francois_le_marechal_chimie_exp_tome_2} p.3


\transition{On a réussi à séparer des diastéréoisomères contenus dans le même mélange réactionnel. On a bien mis en évidence que les diastéréoisomères n'avaient pas les mêmes propriétés physico-chimique (séparation et caractérisation). Cependant, vous avez également déjà pu voir en cours de physique chimie et mathématiques que pour passer de l'un à l'autre il faut rompre des liaisons. Je vous propose dans la suite de cette leçon de proposer un outil qui permet de modéliser les ruptures de liaisons qui ont lieu plus généralement dans les synthèses. }

\section{Modélisation microscopique mécanisme réactionnel}

On a déjà rencontré pleins de réactions, que l'on modélise par un bilan macroscopique, on s'intéresse ici à une approche microscopique, de quels outils disposons-nous ?

On commence par deux notions clés : (voir \href{https://www.lelivrescolaire.fr/page/12372194}{ici} aussi)

\definition{\textbf{Acte/étape élémentaire :} Transformation en une seule étape issue d’un choc/contact entre des réactifs.}

\definition{\textbf{Mécanisme réactionnel :} C'est l'ensemble des actes élémentaires.}

\subsection{Réactivité, flèches courbes}

Pour expliquer les réactions, il faut se donner un premier moyen d'expliquer la réactivité, c'est-à-dire qui réagit avec qui. Pour cela on introduit la notion de site nucléophile et de site électrophile.

\definition{\textbf{Nucléophile :} Un nucléophile est une espèce riche en électron.}

\definition{\textbf{Electrophile :} Un électrophile est une espèce pauvre en électron.}

On comprend alors que l'on peut expliquer les réactions comme issues d'échanges d'électrons, depuis des nucléophiles qui donnent des doublets d'électrons vers les électrophiles qui acceptent ces doublets d'électrons. Pour modéliser ces déplacement d'électrons, on introduit le formalisme de la flèche courbe (courbe, pour la distinguer de la flèche modélisant la réaction) et on procède systématiquement en faisant :

\begin{itemize}
    \item   Le schéma de Lewis de toutes les entités
    \item   Une flèche courbée qui part du site donneur de doublet (nucléophile), et qui pointe vers le site accepteur de doublet (électrophile).
\end{itemize}

On illustre avec deux réactions très simples qui font écho aux types de réactions déjà vues dans l'année : une élimination et une addition. 

\begin{figure}[h!]
\begin{center}
\includegraphics[width = 0.5\textwidth]{LC/LC-09-Synthèse chimique : aspect macroscopique et mécanisme réactionnel (Lycée)/réaction_exemple.jpg}
\caption{Exemple d'une élimination et d'une addition. Extrait de \cite{NathanTerm2020} p101.}
\end{center}
\end{figure}

La flèche courbe permet de bien mettre en évidence les liaisons rompues et formées, insister sur ça.

On définit un les carbocations et les carbanions.

\subsection{Intermédiaire réactionnel}
\definition{\textbf{Intermédiaire réactionnel :} Espèce d'abord formée puis consommée de façon rapide entre deux actes élémentaires.}
\definition{\textbf{Catalyseur } : D'abord consommé puis régénéré, il n'est pas présent dans l'équation bilan, il permet d'augmenter la vitesse de la réaction.}

Pour fixer un peu le formalisme, on traite un premier exemple de mécanisme réactionnel qui pourrait être donné en énoncé d'exercice. A travers un exemple de formation d'un alcène à partir d'un alcool, on va identifier des espèces qui jouent des rôles particuliers : le catalyseur et l'intermédiaire réactionnel.

\begin{figure}[h!]
\begin{center}
\includegraphics[width = 0.5\textwidth]{LC/LC-09-Synthèse chimique : aspect macroscopique et mécanisme réactionnel (Lycée)/reaction_alcene.jpg}
\caption{Mécanisme formation d'un alcène. Extrait de \cite{BordasTerm2020} p96.}
\end{center}
\end{figure}



\subsection{Mécanisme de l'isomérisation de l'acide maléique en acide fumarique}

On prend l'exemple de l'isomérisation de l'acide maléique : on définit le cat. l'intermédiaire réactionnel et on ajoute les flèches courbes. On fait les formes mésomères.

\section*{Conclusion}
On a mis en place un protocole pour séparer deux diastéréoismères et on a compris comment on pouvait passe de l'un à l'aitre à l'aide d'un nouveau formalisme : celui des flèches courbes. 
En somme dans cette leçon on a vu l'importance du catalyseur et des intermédiaires réactionnels dans une synthèse chimique. On a également vu des outils pour modéliser d'un point de vue microscopique la transformation chimique, en interprétant les réactions chimiques en chimie organique comme issues de déplacements de doublets d'électrons modélisés par des flèches courbes.


\messagecle{Un catalyseur augmente la vitesse, voire permet, des réactions chimiques. Une réaction chimique peut être modélisée par une succession d'étapes élémentaires dont l'ensemble est nommé mécanisme réactionnel.}

\newpage
\section*{BO}
\begin{figure}[h!]
    \centering
    \includegraphics[width = \textwidth]{LC/LC-09-Synthèse chimique : aspect macroscopique et mécanisme réactionnel (Lycée)(bis)/BO_Tle_SPCL_meca_reactionnel.png}
    \caption{BO Tle SPCL}
\end{figure}

\end{document}