Aller au contenu

Un mot pour Fahmio

Tu écris. Tu continues.

Un problème, une idée — assez pour qu’on comprenne, puis tu retournes à ta copie.

On lit. Tu n’as rien d’autre à faire.

Où veux-tu aller ?

↑ ↓ pour parcourir · Entrée pour ouvrir · Échap pour fermer

Fahmio
Fahmio
Bac Tunisie
Chimie/AN-E
AN-EAmines — classes, basicité et nitrosamines

Amines isomères : remonter de la nitrosamine à l'amine, puis action d'un chlorure d'éthanoyle

Idée directrice

Le sujet donne plusieurs amines isomères dont une porte un groupement alkyle inconnu, puis impose la structure d'un produit. Toute la trajectoire consiste à remonter la structure : la formule brute commune fixe le groupement alkyle manquant ; la structure d'une nitrosamine désigne une seule amine de départ, car seule une amine secondaire en donne une (une amine primaire donne un composé hydroxylé et du diazote, une amine tertiaire ne conduit à aucun de ces deux produits) ; enfin l'action d'un chlorure d'éthanoyle sur une amine primaire fournit un produit dont on doit nommer la fonction et écrire la formule semi-développée.

Ce qui aide à reconnaître la démarche

« Donner la définition des isomères » ; « Déduire le groupement alkyle -R dans l'amine A₁ » ; « Identifier l'amine parmi A₂, A₃ et A₄ qui a permis de donner le composé B » ; « Préciser la fonction chimique du composé C »

Besoin d’un point de départ ? Voir la méthode
  • Compter d'abord les atomes : la formule brute commune donne le groupement alkyle manquant sans aucune autre donnée.
  • Lire la classe sur l'azote : un seul carbone lié à N (primaire), deux (secondaire), trois (tertiaire).
  • Devant une nitrosamine imposée, remonter aux deux chaînes portées par son azote : elles étaient déjà celles de l'amine.
  • Avec l'acide nitreux : secondaire → nitrosamine + eau ; primaire → composé hydroxylé + diazote + eau ; tertiaire → aucun de ces deux produits.
  • Avec un chlorure d'éthanoyle : Cl\mathrm{Cl} et l'hydrogène de l'azote partent en HCl\mathrm{HCl}, l'azote se lie au carbonyle.
Les pièges à vérifier dans ta démarche
  • Choisir l'amine de départ sur sa seule classe sans vérifier que ses deux chaînes carbonées sont bien celles du produit imposé : plusieurs isomères secondaires peuvent coexister dans la liste.
  • Oublier l'eau à droite de l'équation avec l'acide nitreux, ou oublier le diazote dans le cas d'une amine primaire.
  • Confondre une amine et le produit de son acylation : dans l'amine l'azote ne porte aucun carbonyle.
  • Traiter A4\text{A}_4 comme une amine secondaire parce que deux de ses chaînes sont des méthyles : c'est le nombre de carbones liés à l'azote qui compte, ici trois.
Sujet principal

Exercice 1 — dans l'esprit des sujets du bac

9 questionsCorrigé masqué

Quatre amines A1\text{A}_1, A2\text{A}_2, A3\text{A}_3 et A4\text{A}_4 sont isomères : elles répondent toutes à la formule brute C4H11N\text{C}_4\text{H}_{11}\text{N}. Leurs formules semi-développées sont :

  • A1\text{A}_1 : CH3−CH2−NH−R\mathrm{CH_3-CH_2-NH-R}, où −R-\mathrm{R} est un groupement alkyle
  • A2\text{A}_2 : CH3−CH2−CH2−CH2−NH2\mathrm{CH_3-CH_2-CH_2-CH_2-NH_2}
  • A3\text{A}_3 : CH3−NH−CH2−CH2−CH3\mathrm{CH_3-NH-CH_2-CH_2-CH_3}
  • A4\text{A}_4 : CH3−N(CH3)−CH2−CH3\mathrm{CH_3-N(CH_3)-CH_2-CH_3}
  1. Donner la définition des isomères. En déduire le groupement alkyle −R-\mathrm{R} de A1\text{A}_1.
  2. Préciser, pour chacune des quatre amines, s'il s'agit d'une amine primaire, d'une amine secondaire ou d'une amine tertiaire.
  3. L'une des amines A2\text{A}_2, A3\text{A}_3 et A4\text{A}_4 réagit avec l'acide nitreux HO−N=O\mathrm{HO-N=O} pour donner de l'eau et la nitrosamine B\text{B} de formule semi-développée CH3−N(N=O)−CH2−CH2−CH3\mathrm{CH_3-N(N{=}O)-CH_2-CH_2-CH_3}.
    1. Identifier, en le justifiant par sa classe, l'amine qui a permis d'obtenir B\text{B}.
    2. Écrire, en formules semi-développées, l'équation de cette réaction chimique.
  4. Traitée par l'acide nitreux HO−N=O\mathrm{HO-N=O}, l'amine A2\text{A}_2 donne de l'eau, du diazote N2\mathrm{N_2} et un composé D\text{D}. Écrire l'équation de cette réaction et donner la formule semi-développée de D\text{D}.
  5. L'action du chlorure d'éthanoyle CH3−CO−Cl\mathrm{CH_3-CO-Cl} sur l'amine A2\text{A}_2 donne un composé C\text{C} et du chlorure d'hydrogène HCl\mathrm{HCl}.
    1. Préciser la fonction chimique du composé C\text{C}.
    2. Écrire la formule semi-développée de C\text{C}.
Voir la correction commentéeAprès avoir posé votre démarche

1. Idée : la formule brute est la seule donnée commune aux quatre composés ; elle sert de balance pour compléter la structure incomplète. Deux composés sont isomères lorsqu'ils ont la même formule brute mais des formules semi-développées différentes. Le fragment déjà écrit de A1\text{A}_1, CH3−CH2−NH−\mathrm{CH_3-CH_2-NH-}, apporte C2H6N\mathrm{C_2H_6N} ; pour atteindre C4H11N\mathrm{C_4H_{11}N} il manque C2H5\mathrm{C_2H_5}, donc −R-\mathrm{R} est le groupement éthyle −CH2−CH3-\mathrm{CH_2-CH_3} et A1\text{A}_1 s'écrit CH3−CH2−NH−CH2−CH3\mathrm{CH_3-CH_2-NH-CH_2-CH_3} (N-éthyléthanamine).

2. Idée : la classe se lit sur le nombre de groupements carbonés portés par l'atome d'azote, jamais sur la longueur de la chaîne. A1\text{A}_1 : l'azote porte deux groupements alkyle, c'est une amine secondaire. A2\text{A}_2 : l'azote ne porte qu'un seul groupement alkyle, c'est une amine primaire. A3\text{A}_3 : deux groupements alkyle, amine secondaire. A4\text{A}_4 : l'azote porte trois groupements alkyle, c'est une amine tertiaire.

3.a. Idée : la nitrosamine est la signature d'une amine secondaire, et son squelette carboné se lit directement sur le produit. Le groupe N=O\mathrm{N{=}O} est fixé sur un azote qui porte encore deux chaînes carbonées : le composé de départ était donc une amine secondaire. Parmi A2\text{A}_2, A3\text{A}_3 et A4\text{A}_4, seule A3\text{A}_3 est secondaire, et ses deux chaînes (CH3−\mathrm{CH_3-} et −CH2−CH2−CH3\mathrm{-CH_2-CH_2-CH_3}) sont exactement celles portées par l'azote de B\text{B}. L'amine cherchée est A3\text{A}_3.

3.b. L'atome d'hydrogène porté par l'azote est remplacé par le groupe nitrosyle, et l'oxygène restant part avec cet hydrogène sous forme d'eau :

CH3−NH−CH2−CH2−CH3  +  HO−N=O  ⟶  CH3−N(N=O)−CH2−CH2−CH3  +  H2O\mathrm{CH_3-NH-CH_2-CH_2-CH_3} \;+\; \mathrm{HO-N{=}O} \;\longrightarrow\; \mathrm{CH_3-N(N{=}O)-CH_2-CH_2-CH_3} \;+\; \mathrm{H_2O}

4. Idée : avec une amine primaire, l'azote de l'amine et celui de l'acide nitreux partent ensemble ; le carbone garde la place et récupère un groupe hydroxyle. A2\text{A}_2 est primaire, elle donne donc du diazote et le composé hydroxylé D\text{D} de même squelette carboné, CH3−CH2−CH2−CH2−OH\mathrm{CH_3-CH_2-CH_2-CH_2-OH} (butan-1-ol) :

CH3−CH2−CH2−CH2−NH2  +  HO−N=O  ⟶  CH3−CH2−CH2−CH2−OH  +  N2  +  H2O\mathrm{CH_3-CH_2-CH_2-CH_2-NH_2} \;+\; \mathrm{HO-N{=}O} \;\longrightarrow\; \mathrm{CH_3-CH_2-CH_2-CH_2-OH} \;+\; \mathrm{N_2} \;+\; \mathrm{H_2O}

Le décompte confirme l'équation : à gauche C4H11N\mathrm{C_4H_{11}N} et HNO2\mathrm{HNO_2}, soit C4H12N2O2\mathrm{C_4H_{12}N_2O_2} ; à droite C4H10O\mathrm{C_4H_{10}O}, N2\mathrm{N_2} et H2O\mathrm{H_2O}, soit C4H12N2O2\mathrm{C_4H_{12}N_2O_2}.

5.a. Idée : le chlore du chlorure d'éthanoyle est remplacé par l'azote de l'amine ; le produit porte donc un carbonyle directement lié à un azote. Le composé C\text{C} possède l'enchaînement −CO−NH−\mathrm{-CO-NH-} : sa fonction chimique est la fonction amide (ici un amide N-substitué).

5.b. L'hydrogène cédé par l'azote et le chlore partent ensemble sous forme de chlorure d'hydrogène :

CH3−CO−Cl  +  CH3−CH2−CH2−CH2−NH2  ⟶  CH3−CO−NH−CH2−CH2−CH2−CH3  +  HCl\mathrm{CH_3-CO-Cl} \;+\; \mathrm{CH_3-CH_2-CH_2-CH_2-NH_2} \;\longrightarrow\; \mathrm{CH_3-CO-NH-CH_2-CH_2-CH_2-CH_3} \;+\; \mathrm{HCl}

C\text{C} est donc CH3−CO−NH−CH2−CH2−CH2−CH3\mathrm{CH_3-CO-NH-CH_2-CH_2-CH_2-CH_3}, le N-butyléthanamide.

Changer d’énoncé, garder le raisonnement

Choisis un seul transfert après le sujet principal. Qu’est-ce qui change ? Quel résultat ou quelle méthode peux-tu réutiliser ? Les autres exercices restent disponibles pour une prochaine séance.

Exercices d'entraînement — une nuance à la fois

1 Drill AN-E.1 — le groupement alkyle imposé par la formule brute
Entraînement 01 / 06

Drill AN-E.1 — le groupement alkyle imposé par la formule brute

3 questionsCorrigé masqué

L'amine E\text{E} de formule semi-développée CH3−NH−R\mathrm{CH_3-NH-R}, où −R-\mathrm{R} est un groupement alkyle, répond à la formule brute C3H9N\mathrm{C_3H_9N}.

  1. Déduire le groupement alkyle −R-\mathrm{R} de l'amine E\text{E} à partir de la formule brute, puis écrire sa formule semi-développée complète et la nommer.
  2. Préciser s'il s'agit d'une amine primaire, d'une amine secondaire ou d'une amine tertiaire.
  3. L'amine CH3−N(CH3)−CH3\mathrm{CH_3-N(CH_3)-CH_3}, isomère de E\text{E}, est traitée par l'acide nitreux HO−N=O\mathrm{HO-N=O}. Expliquer pourquoi elle ne peut donner ni nitrosamine ni diazote.
Voir la correction commentéeAprès avoir posé votre démarche

1. Idée : le fragment déjà écrit se compte, le reste est le groupement cherché. Le fragment CH3−NH−\mathrm{CH_3-NH-} apporte CH4N\mathrm{CH_4N}. Pour atteindre C3H9N\mathrm{C_3H_9N} il manque C2H5\mathrm{C_2H_5} : −R-\mathrm{R} est le groupement éthyle −CH2−CH3-\mathrm{CH_2-CH_3}. L'amine E\text{E} s'écrit donc CH3−NH−CH2−CH3\mathrm{CH_3-NH-CH_2-CH_3} et se nomme N-méthyléthanamine.

2. Idée : compter les carbones liés à l'azote. L'azote de E\text{E} porte un méthyle et un éthyle, soit deux groupements alkyle et un seul hydrogène : E\text{E} est une amine secondaire.

3. Idée : les deux réactions avec l'acide nitreux consomment un hydrogène porté par l'azote ; sans cet hydrogène, aucune des deux ne peut avoir lieu. Dans CH3−N(CH3)−CH3\mathrm{CH_3-N(CH_3)-CH_3} l'azote porte trois groupements méthyle : c'est une amine tertiaire, son azote n'a plus d'hydrogène. Le groupe nitrosyle n'a donc aucun hydrogène à remplacer (pas de nitrosamine), et aucun départ d'azote n'est possible (pas de diazote).

2 Drill AN-E.2 — remonter d'une nitrosamine imposée à l'amine de départ
Entraînement 02 / 06

Drill AN-E.2 — remonter d'une nitrosamine imposée à l'amine de départ

4 questionsCorrigé masqué

On dispose de trois amines isomères de formule brute C3H9N\mathrm{C_3H_9N} : G\text{G} : CH3−CH2−CH2−NH2\mathrm{CH_3-CH_2-CH_2-NH_2} ; H\text{H} : CH3−NH−CH2−CH3\mathrm{CH_3-NH-CH_2-CH_3} ; I\text{I} : CH3−N(CH3)−CH3\mathrm{CH_3-N(CH_3)-CH_3}.

L'action de l'acide nitreux HO−N=O\mathrm{HO-N=O} sur l'une de ces trois amines donne de l'eau et la nitrosamine de formule semi-développée CH3−N(N=O)−CH2−CH3\mathrm{CH_3-N(N{=}O)-CH_2-CH_3}.

  1. Préciser la classe de l'amine qui permet d'obtenir une nitrosamine.
  2. Identifier, par sa formule semi-développée, l'amine utilisée, en justifiant à partir des chaînes portées par l'azote du produit.
  3. Écrire, en formules semi-développées, l'équation de cette réaction chimique.
  4. Indiquer, sans écrire l'équation, ce qu'aurait donné l'amine primaire G\text{G} traitée par le même réactif.
Voir la correction commentéeAprès avoir posé votre démarche

1. Idée : le produit garde deux chaînes sur l'azote, donc l'amine en portait déjà deux. Seule une amine secondaire donne une nitrosamine : son azote possède exactement un hydrogène, remplaçable par le groupe nitrosyle −N=O\mathrm{-N{=}O}.

2. Idée : lire le squelette du produit avant de choisir. L'azote de la nitrosamine porte un méthyle et un éthyle. Parmi les trois isomères, H\text{H} est la seule amine secondaire, et ses deux chaînes sont précisément CH3−\mathrm{CH_3-} et −CH2−CH3\mathrm{-CH_2-CH_3}. L'amine utilisée est donc H\text{H} : CH3−NH−CH2−CH3\mathrm{CH_3-NH-CH_2-CH_3}. (I\text{I} est tertiaire, son azote n'a pas d'hydrogène ; G\text{G} est primaire, elle suivrait l'autre voie.)

3. L'équation, avec l'eau formée par l'hydrogène de l'azote et le groupe hydroxyle du réactif :

CH3−NH−CH2−CH3  +  HO−N=O  ⟶  CH3−N(N=O)−CH2−CH3  +  H2O\mathrm{CH_3-NH-CH_2-CH_3} \;+\; \mathrm{HO-N{=}O} \;\longrightarrow\; \mathrm{CH_3-N(N{=}O)-CH_2-CH_3} \;+\; \mathrm{H_2O}

4. Idée : une amine primaire perd son azote au lieu de le décorer. G\text{G} aurait donné du diazote N2\mathrm{N_2}, de l'eau et le composé hydroxylé de même squelette carboné, CH3−CH2−CH2−OH\mathrm{CH_3-CH_2-CH_2-OH}.

3 Drill AN-E.3 — chlorure d'éthanoyle sur une amine primaire
Entraînement 03 / 06

Drill AN-E.3 — chlorure d'éthanoyle sur une amine primaire

4 questionsCorrigé masqué

L'amine primaire J\text{J} de formule semi-développée CH3−CH2−NH2\mathrm{CH_3-CH_2-NH_2} est mise en présence du chlorure d'éthanoyle CH3−CO−Cl\mathrm{CH_3-CO-Cl}. Il se forme un composé K\text{K} et du chlorure d'hydrogène HCl\mathrm{HCl}.

  1. Nommer l'amine J\text{J} et justifier qu'elle est bien une amine primaire.
  2. Écrire, en formules semi-développées, l'équation de la réaction et donner la formule semi-développée de K\text{K}.
  3. Préciser la fonction chimique du composé K\text{K}.
  4. La même amine J\text{J}, traitée cette fois par l'acide nitreux HO−N=O\mathrm{HO-N=O}, donne du diazote N2\mathrm{N_2}, de l'eau et un composé hydroxylé. Écrire l'équation de cette seconde réaction.
Voir la correction commentéeAprès avoir posé votre démarche

1. Idée : nommer d'après la chaîne portant le groupe azoté. La chaîne compte deux carbones et l'azote est en bout de chaîne : J\text{J} est l'éthanamine. Son azote ne porte qu'un seul groupement carboné et deux hydrogènes, c'est bien une amine primaire.

2. Idée : l'azote attaque le carbone du carbonyle et chasse le chlore. L'hydrogène cédé par l'azote part avec le chlore :

CH3−CO−Cl  +  CH3−CH2−NH2  ⟶  CH3−CO−NH−CH2−CH3  +  HCl\mathrm{CH_3-CO-Cl} \;+\; \mathrm{CH_3-CH_2-NH_2} \;\longrightarrow\; \mathrm{CH_3-CO-NH-CH_2-CH_3} \;+\; \mathrm{HCl}

Le composé K\text{K} s'écrit donc CH3−CO−NH−CH2−CH3\mathrm{CH_3-CO-NH-CH_2-CH_3} (N-éthyléthanamide).

3. Idée : lire l'enchaînement autour de l'azote. Dans K\text{K} l'azote est directement lié à un groupe carbonyle −CO−\mathrm{-CO-} : la fonction chimique de K\text{K} est la fonction amide.

4. Idée : ici l'azote de l'amine et celui du réactif partent ensemble. L'amine primaire fournit l'éthanol, du diazote et de l'eau :

CH3−CH2−NH2  +  HO−N=O  ⟶  CH3−CH2−OH  +  N2  +  H2O\mathrm{CH_3-CH_2-NH_2} \;+\; \mathrm{HO-N{=}O} \;\longrightarrow\; \mathrm{CH_3-CH_2-OH} \;+\; \mathrm{N_2} \;+\; \mathrm{H_2O}
4 Drill AN-E.4 — acide nitreux : du sel d'alkylammonium, de l'alcool ou de la N-nitrosamine à l'amine de départ
Entraînement 04 / 06

Drill AN-E.4 — acide nitreux : du sel d'alkylammonium, de l'alcool ou de la N-nitrosamine à l'amine de départ

6 questionsCorrigé masqué

Trois amines isomères A1\text{A}_1, A2\text{A}_2 et A3\text{A}_3 ont pour formule brute C4H11N\mathrm{C_4H_{11}N}. On fait agir séparément l'acide nitreux HNO2\mathrm{HNO_2}, de formule semi-développée HO−N=O\mathrm{HO-N=O}, sur chacune d'elles :

  • avec A1\text{A}_1, il se forme uniquement un sel d'alkylammonium ;
  • avec A2\text{A}_2, il se forme du diazote N2\mathrm{N_2}, de l'eau et un composé B\text{B} de formule semi-développée CH3−C(CH3)2−OH\mathrm{CH_3{-}C(CH_3)_2{-}OH} ;
  • avec A3\text{A}_3, de formule semi-développée CH3−NH−CH(CH3)−CH3\mathrm{CH_3{-}NH{-}CH(CH_3){-}CH_3}, il se forme de l'eau et un composé D\text{D}.
  1. L'amine A1\text{A}_1.
    1. Préciser la classe de l'amine A1\text{A}_1. Justifier.
    2. Montrer qu'une seule amine de formule brute C4H11N\mathrm{C_4H_{11}N} appartient à cette classe. Écrire sa formule semi-développée et la nommer.
    3. La formation du sel est une réaction acide-base : le doublet libre de l'atome d'azote de A1\text{A}_1 capte l'ion hydrogène cédé par l'acide nitreux. Écrire l'équation de cette réaction.
  2. L'amine A2\text{A}_2.
    1. Indiquer la famille chimique du composé B\text{B} et préciser la classe de l'amine A2\text{A}_2.
    2. En déduire la formule semi-développée de A2\text{A}_2 et la nommer. Le carbone qui porte l'atome d'azote est lié à trois autres atomes de carbone : cela modifie-t-il la classe de l'amine ?
  3. Préciser, en le justifiant, si le composé D\text{D} est une N-nitrosamine ou bien un sel d'alkylammonium, puis écrire sa formule semi-développée.
Voir la correction commentéeAprès avoir posé votre démarche

1.a. Idée : le produit obtenu avec l'acide nitreux trahit la classe de l'amine. Une amine primaire donnerait un alcool, du diazote et de l'eau ; une amine secondaire donnerait une N-nitrosamine et de l'eau. Ces deux transformations exigent au moins un atome d'hydrogène porté par l'azote. A1\text{A}_1 ne donne qu'un sel : son azote ne porte aucun hydrogène et ne réagit que par son doublet libre. A1\text{A}_1 est une amine tertiaire\boxed{\text{amine tertiaire}}.

1.b. Idée : dans une amine tertiaire, les quatre atomes de carbone se partagent entre trois groupes alkyle liés à l'azote. Chaque groupe contient au moins un carbone et il y en a quatre en tout : la seule répartition possible est 1+1+21+1+2, soit deux groupes méthyle et un groupe éthyle. Une seule amine tertiaire répond donc à la formule C4H11N\mathrm{C_4H_{11}N} :

CH3−CH2−N(CH3)−CH3\boxed{\mathrm{CH_3{-}CH_2{-}N(CH_3){-}CH_3}}

C'est la N,N-diméthyléthanamine ; on retrouve bien 4 atomes C, 5+3+3=115+3+3=11 atomes H et un atome N.

1.c. Idée : l'acide cède son ion hydrogène au doublet libre de l'azote ; le reste de la molécule ne change pas. Il se forme un ion alkylammonium et l'ion nitrite NO2−\mathrm{NO_2^-}, qui constituent le sel :

CH3−CH2−N(CH3)−CH3+HNO2⟶[CH3−CH2−NH(CH3)−CH3]++NO2−\begin{aligned}&\mathrm{CH_3{-}CH_2{-}N(CH_3){-}CH_3 + HNO_2}\\ &\longrightarrow \mathrm{[CH_3{-}CH_2{-}NH(CH_3){-}CH_3]^+ + NO_2^-}\end{aligned}

Chaque membre contient C4H12N2O2\mathrm{C_4H_{12}N_2O_2} et la charge totale reste nulle. Certains énoncés écrivent qu'une amine tertiaire « n'a pas d'action » sur l'acide nitreux : ils veulent dire qu'elle ne donne ni diazote ni N-nitrosamine. Le simple échange d'ion hydrogène écrit ci-dessus est la seule transformation, et c'est lui que désigne l'expression « sel d'alkylammonium ».

2.a. Idée : un groupe −OH-\mathrm{OH} porté par un carbone saturé signe un alcool ; un alcool accompagné de diazote signe une amine primaire. B\text{B} est un alcool : le 2-méthylpropan-2-ol, alcool tertiaire puisque son carbone fonctionnel est lié à trois carbones. L'acide nitreux ne donne un alcool, du diazote et de l'eau qu'avec une amine primaire : A2\text{A}_2 est une amine primaire\boxed{\text{amine primaire}}.

2.b. Idée : le squelette carboné est conservé, le groupe −NH2-\mathrm{NH_2} occupait la place du groupe −OH-\mathrm{OH}.

CH3−C(CH3)2−NH2\boxed{\mathrm{CH_3{-}C(CH_3)_2{-}NH_2}}

A2\text{A}_2 est la 2-méthylpropan-2-amine (4 C, 11 H, 1 N : c'est bien un isomère de A1\text{A}_1). Son carbone fonctionnel est lié à trois carbones, mais la classe d'une amine se lit sur l'azote, et celui-ci ne porte qu'un seul groupe carboné : l'amine reste primaire. L'alcool B\text{B} est tertiaire alors que l'amine est primaire, parce que les deux classes ne se comptent pas sur le même atome.

3. Idée : la classe de A3\text{A}_3 et l'eau formée désignent la N-nitrosamine. L'azote de A3\text{A}_3 porte deux groupes carbonés, CH3−\mathrm{CH_3{-}} et −CH(CH3)−CH3\mathrm{{-}CH(CH_3){-}CH_3} : c'est une amine secondaire. Son unique hydrogène porté par l'azote est remplacé par le groupe −N=O-\mathrm{N{=}O} et part avec le groupe −OH-\mathrm{OH} de l'acide sous forme d'eau. Un sel d'alkylammonium se formerait au contraire sans libérer d'eau, tous les atomes restant dans les deux ions (question 1.c). D\text{D} est donc une N-nitrosamine :

CH3−N(N=O)−CH(CH3)−CH3\boxed{\mathrm{CH_3{-}N(N{=}O){-}CH(CH_3){-}CH_3}}
5 Drill AN-E.5 — de la masse molaire à la formule brute, puis les isomères classés dans un tableau
Entraînement 05 / 06

Drill AN-E.5 — de la masse molaire à la formule brute, puis les isomères classés dans un tableau

3 questionsCorrigé masqué

Une amine aliphatique saturée A a pour formule brute générale CnH2n+3N\mathrm{C_nH_{2n+3}N}, où nn est un entier naturel non nul, et pour masse molaire moléculaire M(A)=59 g⋅mol−1M(\text{A})=59\ \mathrm{g\cdot mol^{-1}}. On donne les masses molaires atomiques : M(C)=12 g⋅mol−1M(\mathrm{C})=12\ \mathrm{g\cdot mol^{-1}} ; M(H)=1 g⋅mol−1M(\mathrm{H})=1\ \mathrm{g\cdot mol^{-1}} ; M(N)=14 g⋅mol−1M(\mathrm{N})=14\ \mathrm{g\cdot mol^{-1}}.

Le tableau suivant regroupe les amines répondant à la formule brute de A ; il est à reproduire et à compléter (question 2) :

Formule semi-développéeNomClasse
CH3−CH2−CH2−NH2\mathrm{CH_3{-}CH_2{-}CH_2{-}NH_2}…………
……propan-2-amine……
…………amine secondaire
…………amine tertiaire
  1. Formule brute de A.
    1. Exprimer la masse molaire moléculaire MM d'une telle amine en fonction de nn.
    2. Justifier que n=3n=3 et écrire la formule brute de A.
  2. Écrire toutes les formules semi-développées d'amines correspondant à cette formule brute, puis compléter le tableau.
  3. L'action de l'acide nitreux HO−N=O\mathrm{HO-N=O} sur l'amine A donne de l'eau, du diazote et un alcool secondaire.
    1. Justifier que A est une amine primaire.
    2. Identifier A par sa formule semi-développée, en justifiant le choix entre les deux amines primaires du tableau.
    3. Écrire, en formules semi-développées, l'équation de cette réaction et nommer l'alcool formé.
Voir la correction commentéeAprès avoir posé votre démarche

1.a. Idée : additionner la contribution de chaque élément de CnH2n+3N\mathrm{C_nH_{2n+3}N}.

M=12n+(2n+3)×1+14M = 12n + (2n+3)\times 1 + 14
M=14n+17  (g⋅mol−1)\boxed{M = 14n + 17}\ \ (\mathrm{g\cdot mol^{-1}})

1.b. L'égalité 14n+17=5914n+17=59 conduit à 14n=4214n=42 et à n=3\boxed{n=3}. Avec 2n+3=92n+3=9, la formule brute de A est C3H9N\boxed{\mathrm{C_3H_9N}}.

2. Idée : répartir les trois atomes de carbone entre un, deux ou trois groupes liés à l'azote ; le nombre de groupes donne directement la classe.

  • Un seul groupe de trois carbones : l'azote se fixe au bout de la chaîne ou sur le carbone central, d'où deux amines primaires.
  • Deux groupes (1+21+2) : un méthyle et un éthyle sur l'azote, une amine secondaire.
  • Trois groupes (1+1+11+1+1) : trois méthyles sur l'azote, une amine tertiaire.

Il existe donc exactement quatre amines de formule C3H9N\mathrm{C_3H_9N} ; le tableau complété ligne par ligne :

  • CH3−CH2−CH2−NH2\mathrm{CH_3{-}CH_2{-}CH_2{-}NH_2} : propan-1-amine, amine primaire ;
  • CH3−CH(NH2)−CH3\mathrm{CH_3{-}CH(NH_2){-}CH_3} : propan-2-amine, amine primaire ;
  • CH3−NH−CH2−CH3\mathrm{CH_3{-}NH{-}CH_2{-}CH_3} : N-méthyléthanamine, amine secondaire ;
  • CH3−N(CH3)−CH3\mathrm{CH_3{-}N(CH_3){-}CH_3} : N,N-diméthylméthanamine (triméthylamine), amine tertiaire.

3.a. Idée : seule une amine primaire perd son azote sous forme de diazote. L'obtention simultanée d'un alcool, de diazote et d'eau caractérise l'action de l'acide nitreux sur une amine primaire ; une amine secondaire donnerait une N-nitrosamine et de l'eau, une amine tertiaire un sel d'alkylammonium. A est l'une des deux premières lignes du tableau.

3.b. Idée : le groupe −OH-\mathrm{OH} prend la place du groupe −NH2-\mathrm{NH_2} ; la classe de l'alcool indique sur quel carbone se trouvait l'azote. La propan-1-amine donnerait le propan-1-ol, dont le carbone fonctionnel n'est lié qu'à un carbone (alcool primaire). La propan-2-amine donne le propan-2-ol, dont le carbone fonctionnel est lié à deux carbones (alcool secondaire). L'alcool obtenu étant secondaire, A est la propan-2-amine : CH3−CH(NH2)−CH3\boxed{\mathrm{CH_3{-}CH(NH_2){-}CH_3}}.

3.c. L'azote de l'amine et celui de l'acide partent ensemble en diazote :

CH3−CH(NH2)−CH3+HO−N=O⟶CH3−CH(OH)−CH3+N2+H2O\begin{aligned}&\mathrm{CH_3{-}CH(NH_2){-}CH_3 + HO{-}N{=}O}\\ &\longrightarrow \mathrm{CH_3{-}CH(OH){-}CH_3 + N_2 + H_2O}\end{aligned}

L'alcool formé est le propan-2-ol ; chaque membre de l'équation compte C3H10N2O2\mathrm{C_3H_{10}N_2O_2}.

6 Drill AN-E.6 — BBT : vert vers jaune, vers bleu ou inchangé ? Trois amines isomères en solution
Entraînement 06 / 06

Drill AN-E.6 — BBT : vert vers jaune, vers bleu ou inchangé ? Trois amines isomères en solution

11 questionsCorrigé masqué

À 25 ∘C25\ ^\circ\mathrm{C}, on prépare trois solutions aqueuses de même concentration C=1,0×10−2 mol⋅L−1C=1{,}0\times10^{-2}\ \mathrm{mol\cdot L^{-1}} en dissolvant dans l'eau pure chacune des trois amines isomères de formule brute C4H11N\mathrm{C_4H_{11}N} suivantes :

  • (S1)(S_1) : CH3−CH2−CH2−CH2−NH2\mathrm{CH_3{-}CH_2{-}CH_2{-}CH_2{-}NH_2} ;
  • (S2)(S_2) : CH3−CH2−NH−CH2−CH3\mathrm{CH_3{-}CH_2{-}NH{-}CH_2{-}CH_3} ;
  • (S3)(S_3) : CH3−CH2−N(CH3)−CH3\mathrm{CH_3{-}CH_2{-}N(CH_3){-}CH_3}.

On ajoute quelques gouttes de bleu de bromothymol (BBT), de teinte verte, à un échantillon de chacune de ces solutions. On envisage les quatre propositions suivantes :

  • P₁ : le BBT vire du vert au bleu dans (S1)(S_1) et dans (S2)(S_2), et sa couleur reste inchangée dans (S3)(S_3) ;
  • P₂ : le BBT vire du vert au bleu dans chacune des trois solutions ;
  • P₃ : le BBT vire du vert au jaune dans chacune des trois solutions ;
  • P₄ : le BBT vire du vert au bleu dans (S1)(S_1), reste inchangé dans (S2)(S_2) et vire du vert au jaune dans (S3)(S_3).
  1. Préciser, pour chacune des trois amines, s'il s'agit d'une amine primaire, d'une amine secondaire ou d'une amine tertiaire.
  2. Préciser, parmi les propositions P₁, P₂, P₃ et P₄, celle qui est correcte.
  3. Justifier ce choix en écrivant, en formules semi-développées, l'équation de la réaction de l'amine de (S3)(S_3) avec l'eau. Préciser alors le caractère acide, basique ou neutre des trois solutions.
  4. On mesure, à 25 ∘C25\ ^\circ\mathrm{C}, le pH de (S2)(S_2), celui d'une solution (S)(S) d'acide chlorhydrique et celui de l'eau pure ; on trouve, dans le désordre, 7,07{,}0 ; 11,411{,}4 et 2,32{,}3. Reproduire et compléter le tableau suivant :
Solution (S)(S)Eau pureSolution (S2)(S_2)
pH à 25 ∘C25\ ^\circ\mathrm{C}………………
Couleur prise par le BBT………………
Caractère acide, basique ou neutre………………
Voir la correction commentéeAprès avoir posé votre démarche

1. Idée : compter les groupes carbonés liés à l'atome d'azote. (S1)(S_1) : l'azote ne porte qu'un groupe butyle, c'est une amine primaire (butan-1-amine). (S2)(S_2) : l'azote porte deux groupes éthyle, c'est une amine secondaire (N-éthyléthanamine). (S3)(S_3) : l'azote porte deux groupes méthyle et un groupe éthyle, c'est une amine tertiaire (N,N-diméthyléthanamine).

2. Idée : le caractère basique d'une amine vient du doublet libre de l'azote, qui capte un ion hydrogène de l'eau ; il n'exige aucun hydrogène porté par l'azote. Les trois amines, quelle que soit leur classe, rendent leur solution basique : le BBT vire du vert au bleu dans les trois solutions et la proposition correcte est P2\boxed{\text{P}_2}. La proposition P₁ confond deux propriétés : l'hydrogène porté par l'azote intervient dans les réactions avec l'acide nitreux (N-nitrosamine, diazote), pas dans la capture d'un ion hydrogène.

3. Idée : écrire le passage d'un ion hydrogène de l'eau vers l'azote ; les ions hydroxyde libérés expliquent la teinte bleue.

CH3−CH2−N(CH3)−CH3+H2O⇌[CH3−CH2−NH(CH3)−CH3]++OH−\begin{aligned}&\mathrm{CH_3{-}CH_2{-}N(CH_3){-}CH_3 + H_2O}\\ &\rightleftharpoons \mathrm{[CH_3{-}CH_2{-}NH(CH_3){-}CH_3]^+ + OH^-}\end{aligned}

La double flèche traduit une réaction limitée : l'amine est une base faible. L'amine tertiaire libère donc des ions OH−\mathrm{OH^-} comme les deux autres, pour lesquelles on écrit la même équation avec leur propre formule semi-développée. Les trois solutions (S1)(S_1), (S2)(S_2) et (S3)(S_3) sont basiques\boxed{\text{basiques}}.

4. Idée : à 25 ∘C25\ ^\circ\mathrm{C}, comparer chaque pH à 7, puis le placer dans la zone de virage du BBT (jaune au-dessous de 6,0 environ, vert entre 6,0 et 7,6, bleu au-delà). La solution basique (S2)(S_2) reçoit le pH supérieur à 7, soit 11,411{,}4 ; l'acide chlorhydrique, qui libère des ions H3O+\mathrm{H_3O^+}, reçoit le pH le plus faible, 2,32{,}3 ; l'eau pure est neutre, de pH 7,07{,}0, et laisse au BBT sa teinte verte.

Solution (S)(S)Eau pureSolution (S2)(S_2)
pH à 25 ∘C25\ ^\circ\mathrm{C}2,32{,}37,07{,}011,411{,}4
Couleur prise par le BBTvire du vert au jaunereste vertevire du vert au bleu
Caractèreacideneutrebasique

Relier ce raisonnement au bac

Choisis une filière pour voir les sujets qui étayent ce scénario.