Corrigé bac physique-chimie 2025 Métropole jour 2 — Exercice 3 : Un parfum de rose

Sujet officiel du baccalauréat, spécialité physique-chimie, session 2025. Corrigé rédigé par Ibrahim Alame.

Énoncé

Utilisés en parfumerie, le géraniol et l'éthanoate de géranyle sont deux espèces chimiques à l'odeur florale et fruitée naturellement présentes dans les huiles essentielles de rose, de palmarosa ou encore de citronnelle.

Si le géraniol peut être extrait en grande quantité dans la nature, cela n'est pas le cas de l'éthanoate de géranyle qui doit être synthétisé en laboratoire.

L'objectif de cet exercice est d'étudier quelques propriétés du géraniol et son utilisation dans la synthèse de l'éthanoate de géranyle.

Données :

représentation topologique du géraniol, noté G :

représentation topologique de l'éthanoate de géranyle, noté EG :

table de données de spectroscopie infrarouge :

Liaisons	Nombre d'onde ( $c m^{- 1}$ )	Intensité
O--H alcool	3200 – 3700	Forte
O--H acide carboxylique	2500 – 3200	Forte et très large
C--H	2800 – 3300	Moyenne et fine
C=O	1700 – 1800	Forte et fine

masse molaire du géraniol : $M_{G} = 154, 25 g \cdot mo l^{- 1}$ ;
masse molaire de l'éthanoate de géranyle : $M_{E G} = 196, 29 g \cdot mo l^{- 1}$ ;
ordre de grandeur de la densité d'une solution aqueuse d'acide éthanoïque : $d_{A} = 1, 0$ ;
densité du géraniol : $d_{G} = 0, 89$ ;
densité de l'éthanoate de géranyle : $d_{E G} = 0, 92$ .

1. Étude préliminaire

Q1. Nommer le groupe caractéristique entouré sur la représentation topologique du géraniol. Identifier les familles chimiques auxquelles appartiennent le géraniol et l'éthanoate de géranyle.

Q2. Attribuer, en justifiant, le spectre infrarouge représenté sur la figure 1 ci-après à la bonne espèce chimique parmi le géraniol et l'éthanoate de géranyle.

Figure 1. Spectre infrarouge (l'échelle des nombres d'onde est dilatée d'un facteur 2 en dessous de $2000 c m^{- 1}$ , comme sur le sujet)

2. Transformation du géraniol en éthanoate de géranyle

L'éthanoate de géranyle peut être synthétisé en faisant réagir du géraniol avec de l'acide éthanoïque $CH X_{3} CO X_{2} H$ . Cette transformation chimique, appelée estérification, est lente et non totale. Les étapes du mécanisme réactionnel de cette estérification sont données ci-dessous. Afin de simplifier les écritures, le géraniol est dorénavant noté R--OH et l'éthanoate de géranyle est dorénavant noté $CH X_{3} COO - R$ dans toute la suite de l'exercice.

Étape 1 :

Étape 2 :

Étape 3 :

Étape 4 :

Étape 5 :

Q3. Rappeler la définition d'un catalyseur puis identifier, en justifiant, l'espèce chimique qui catalyse la réaction d'estérification.

Q4. Représenter sur la figure A2 de l'annexe à rendre avec la copie (qui reproduit les étapes 1, 2 et 5 ci-dessus), les flèches courbes expliquant la formation et/ou la rupture des liaisons mises en jeu lors des étapes 1, 2 et 5.

Q5. Donner la formule brute de l'espèce chimique notée A dans l'étape 4 puis écrire l'équation de la réaction d'estérification entre le géraniol et l'acide éthanoïque.

La synthèse de l'éthanoate de géranyle est réalisée en laboratoire avec le protocole expérimental suivant :

dans un erlenmeyer, surmonté d'un réfrigérant à air, introduire un volume $V_{A} = 50 mL$ d'une solution aqueuse d'acide éthanoïque à la concentration $C_{A} = 1, 0 mol \cdot L^{- 1}$ ainsi qu'une masse $m_{G} = 7, 7 g$ de géraniol pur ;
ajouter deux gouttes d'acide sulfurique concentré (quantité négligeable devant la quantité d'acide éthanoïque introduit dans l'étape précédente) ;
chauffer à 55 °C au bain-marie pendant deux heures ;
verser le mélange refroidi dans une ampoule à décanter et séparer la phase aqueuse, qui contient l'acide éthanoïque restant, de la phase organique, qui contient l'éthanoate de géranyle synthétisé et le géraniol restant.

Q6. Indiquer l'intérêt de chauffer le mélange.

Q7. Indiquer, en justifiant, la position relative et le contenu des phases dans l'ampoule à décanter.

Q8. Vérifier par le calcul que l'acide éthanoïque et le géraniol sont introduits dans les proportions stœchiométriques.

Pour déterminer la quantité d'éthanoate de géranyle formée, on dose l'acide éthanoïque restant dans la phase aqueuse à l'aide d'une solution aqueuse d'hydroxyde de sodium à la concentration $C_{B} = 1, 0 mol \cdot L^{- 1}$ . Le titrage est suivi par pH-métrie et la courbe obtenue est représentée sur la figure 2.

Figure 2. Courbe de titrage de l'acide éthanoïque restant par une solution d'hydroxyde de sodium

Q9. Écrire l'équation de la réaction support du titrage puis, à l'aide de la courbe de titrage, déterminer, en explicitant la démarche, la quantité de matière d'acide éthanoïque restant dans le milieu réactionnel après deux heures de chauffage.

Q10. Déterminer le rendement $η$ de la réaction d'estérification.

3. Utilisation du géraniol en parfumerie

Le géraniol fait partie des substances allergènes que l'on retrouve dans les parfums. Une personne peut être exposée sans risque à une dose de géraniol inférieure à $17, 75 mg$ par kg de masse corporelle.

Les informations suivantes sont recueillies sur l'étiquette d'un parfum vendu dans le commerce :

le parfum contient $0, 001%$ en masse de géraniol ;
une pulvérisation contient $0, 15 mL$ de parfum ;
la densité du parfum est $d = 0, 84$ .

Q11. Déterminer le nombre maximal de pulvérisations d'un parfum qu'une personne, de masse $65 kg$ , peut effectuer sans se mettre en danger. Commenter.

Le candidat est invité à prendre des initiatives et à présenter la démarche suivie, même si elle n'a pas abouti. La démarche est évaluée et nécessite d'être correctement présentée.

Corrigé

1. Étude préliminaire

Q1. Le groupe entouré, $- OH$ porté par un atome de carbone tétraédrique, est le groupe hydroxyle. Le géraniol appartient donc à la famille des alcools (alcool primaire : le carbone porteur du groupe hydroxyle n'est lié qu'à un seul autre atome de carbone). L'éthanoate de géranyle possède le groupe $- COO -$ (un carbone lié à un oxygène par une double liaison et à un second oxygène lui-même lié à un carbone) : c'est un ester.

Q2. On lit le spectre de la figure 1 avec la table des données :

il n'y a aucune bande forte et large entre $3200$ et $3700 c m^{- 1}$ : pas de liaison O--H d'alcool (ni entre $2500$ et $3200 c m^{- 1}$ , pas d'acide carboxylique) ;
une bande forte et fine vers $1740 c m^{- 1}$ , dans l'intervalle $1700$ – $1800 c m^{- 1}$ : liaison C=O ;
des bandes moyennes et fines vers $2850$ – $3000 c m^{- 1}$ : liaisons C--H, présentes dans les deux molécules et donc non discriminantes.

Le géraniol (alcool, sans C=O) donnerait une bande O--H forte et large vers $3300 c m^{- 1}$ et aucune bande vers $1740 c m^{- 1}$ : c'est l'inverse de ce qu'on observe. Le spectre de la figure 1 est donc celui de l'éthanoate de géranyle (ester : C=O présent, O--H absent).

2. Transformation du géraniol en éthanoate de géranyle

Q3. Un catalyseur est une espèce chimique qui accélère une transformation chimique sans figurer dans l'équation de la réaction ni modifier l'état final : il est consommé dans une étape du mécanisme puis régénéré dans une étape ultérieure, en quantité inchangée. Dans le mécanisme proposé, l'ion hydrogène $H X^{+}$ est consommé à l'étape 1 (protonation de l'acide éthanoïque) et régénéré à l'étape 5 ; il n'apparaît pas dans le bilan. C'est donc $H X^{+}$ qui catalyse l'estérification (catalyse homogène) : il est apporté par les « deux gouttes d'acide sulfurique concentré » du protocole.

Q4. Une flèche courbe part toujours d'un site donneur de doublet (doublet non liant, doublet d'une liaison) vers un site accepteur (charge $+$ ou $δ^{+}$ ), et représente le déplacement d'un doublet d'électrons.

Étape 1 : un doublet non liant de l'oxygène du groupe carbonyle (site donneur) est cédé à l'ion $H X^{+}$ (site accepteur) : formation de la liaison O--H, l'oxygène devient $O X^{+}$ . Une seule flèche, du doublet de O vers $H X^{+}$ .

Étape 2 : deux flèches. La première part d'un doublet non liant de l'oxygène du géraniol R--OH (site donneur) vers l'atome de carbone du groupe carbonyle protoné (site accepteur, porteur d'une charge partielle $δ^{+}$ renforcée par la charge $+$ voisine) : formation de la liaison C--O, l'oxygène de l'alcool devenant $O X^{+}$ . La seconde part du doublet de la liaison $π$ de C=O vers l'oxygène $O X^{+}$ : la double liaison devient simple et l'oxygène retrouve sa neutralité (groupe OH). Le carbone reste tétravalent.

100 % gratuit

La suite du corrigé est sur Adloun

Le corrigé rédigé en entier, partie par partie, et le tuteur pour poser des questions sur ce sujet.

Voir le corrigé complet, gratuitement

Inscription gratuite en 30 secondes (e-mail, nom d'utilisateur, mot de passe, classe ou profil), sans carte bancaire : arrivée directe sur le corrigé.

Corrigé complet gratuit →