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Devoir surveillé – Molécules organiques : isomérie et chiralité

Chapitre 3 | Première STL — spécialité Physique-chimie et mathématiques | Physique-Chimie

Dernière mise à jour : 21 octobre 2026

Durée : 1 h — Barème : /20 — Calculatrice autorisée

Nom : Prénom : Classe : Date : Note : / 20

Les réponses doivent être justifiées. Le soin et la clarté des formules sont notés.

Exercice 1 — Formules et groupes caractéristiques (7 points)

1. Rappeler le nombre de liaisons formées par un atome de carbone, d'oxygène, d'azote et d'hydrogène. (2 pts)

2. Donner la formule semi-développée de l'acide propanoïque, sachant que sa formule topologique est une chaîne à 2 segments (3 carbones) terminée par un groupe \(\text{–COOH}\). (1,5 pt)

3. Pour chaque molécule, nommer le groupe caractéristique et la fonction : (3,5 pts)

1. Carbone : 4 liaisons ; oxygène : 2 ; azote : 3 ; hydrogène : 1. (0,5 pt chacun)

2. Acide propanoïque : \(\text{CH}_3\text{–CH}_2\text{–COOH}\).

3. (a) \(\text{–OH}\) → alcool ; (b) \(\text{–CHO}\) → aldéhyde ; (c) \(\text{–CO–}\) → cétone ; (d) \(\text{–COOH}\) → acide carboxylique ; (e) \(\text{–NH}_2\) → amine. (0,7 pt chacun)

Exercice 2 — Isomérie (7 points)

On considère les molécules suivantes de formule brute \(\text{C}_4\text{H}_{10}\text{O}\) :

A : \(\text{CH}_3\text{–CH}_2\text{–CH}_2\text{–CH}_2\text{–OH}\)    B : \(\text{CH}_3\text{–CH}_2\text{–CHOH–CH}_3\)    C : \(\text{CH}_3\text{–CH}_2\text{–O–CH}_2\text{–CH}_3\)

1. Vérifier que A, B et C ont bien la même formule brute. (1,5 pt)

2. Donner la fonction de chacune. (1,5 pt)

3. A et B sont-elles isomères ? Préciser le type d'isomérie et justifier. (2 pts)

4. A et C sont-elles isomères ? Préciser le type d'isomérie et justifier. (2 pts)

1. A : 4 C, 10 H, 1 O ; B : 4 C, 10 H, 1 O ; C : 4 C, 10 H, 1 O. Les trois ont bien la formule brute \(\text{C}_4\text{H}_{10}\text{O}\).

2. A : groupe \(\text{–OH}\) → alcool ; B : groupe \(\text{–OH}\) → alcool ; C : oxygène entre deux carbones → éther.

3. A et B ont la même fonction (alcool) et la même chaîne, mais le groupe \(\text{–OH}\) est en position 1 (A) ou 2 (B) : ce sont des isomères de position.

4. A (alcool) et C (éther) ont la même formule brute mais des fonctions différentes : ce sont des isomères de fonction.

Exercice 3 — Chiralité et molécules du vivant (6 points)

L'acide aminé alanine a pour formule \(\text{H}_2\text{N–CH(CH}_3\text{)–COOH}\).

1. Justifier que l'alanine est un acide α-aminé. (1,5 pt)

2. Lister les quatre groupes portés par le carbone α et en déduire s'il est asymétrique. (2 pts)

3. L'alanine est-elle chirale ? Que peut-on dire de ses deux énantiomères ? (1,5 pt)

4. Rappeler ce que représentent, dans une représentation de Cram, un coin plein et un coin hachuré. (1 pt)

1. Le carbone α porte à la fois un groupe amine \(\text{–NH}_2\) et un groupe acide carboxylique \(\text{–COOH}\) : c'est un acide α-aminé.

2. Le carbone α porte : \(\text{–NH}_2\), \(\text{–COOH}\), \(\text{–CH}_3\) et \(\text{–H}\) → 4 groupes tous différents → c'est un carbone asymétrique.

3. L'alanine est chirale : elle existe sous deux énantiomères, images l'un de l'autre dans un miroir et non superposables.

4. Un coin plein représente une liaison qui pointe vers l'avant (sortant de la feuille) ; un coin hachuré une liaison qui part vers l'arrière (derrière la feuille).