LM 15 Les transformations en chimie organique

Thème 2 :
I) Les aspects macroscopiques des transformations.
A) Les deux types de réactions
On distingue deux types de réactions chimiques :
•Les réactions de modification de la chaîne carbonée
•Les réactions de modification des groupes fonctionnels
Réaction
avec la
l'hexane
de reformage
cyclisation de
Réaction d'oxydation ménagée
d'un alcool primaire
Les modifications de groupe fonctionnel
B) Les grandes catégories de réactions.
Les réactions d'addition
Les réactions d'élimination
Les réactions de substitution
La réaction d'addition
Une réaction d'addition est une réaction qui consiste à ajouter un
groupe d'atomes à une molécule en transformant une liaison double
en une liaison simple.
La réaction entre le but−2-ène et l'acide chlorhydrique est une réaction
d'addition appelée halogénation :
La réaction d'élimination
Une réaction d'élimination est une réaction au cours de laquelle deux groupes
d'atomes sont retirés d'une molécule. La réaction d'élimination est l'inverse de la
réaction d'addition.
Le 2-méthylpropan-1-ol subit une réaction d'élimination appelée déshydratation :
méthylpropène
Les réactions de substitution
Une réaction de substitution est une réaction au cours de laquelle un groupe
d'atomes appartenant à une molécule est remplacé par un groupe d'atomes
appartenant à une autre molécule.
L'éthanol peut subir une réaction d'halogénation par substitution :
Le groupement hydroxyle OH est remplacé par
un atome de chlore.
C) Autres Exemples.
Alors…
Addition?
Substitution?
Elimination?
Une autre….
Addition?
Substitution?
Elimination?
Une autre….
Addition?
Substitution?
Elimination?
Une autre….
Addition?
Substitution?
Elimination?
II) Les aspects microscopiques des transformations.
1) La polarité d'une liaison
Électronégativité
L'électronégativité est une grandeur sans dimension permettant d'évaluer la capacité d'un élément
chimique à attirer vers lui les électrons de la liaison à laquelle il participe. L'échelle
d'électronégativité la plus utilisée est l'échelle de Pauling.
RAPPEL:
Les alcalins (Li, Na, K, …) ont tendance à perdre des électrons, alors que
les halogènes (F, Cl, Br, …) ont tendance à gagner des électrons. Ainsi, ils
peuvent acquérir la structure des gaz nobles.
2)- Polarisation d’une liaison.
La molécule de chlorure d’hydrogène.
Le chlorure d’hydrogène est constitué de molécules HCl dans
lesquelles l’atome d’hydrogène est lié à l’atome de chlore par
une liaison covalente.
Représentation de
Lewis
Caractéristiques
géométriques
dH – Cl ≈ 127 pm
Le chlore est beaucoup plus électronégatif que
l’hydrogène.
- Il attire vers lui le doublet de liaison : on dit
que la liaison H – Cl est polarisée.
Dipôle électrique :
- La molécule de chlorure d’hydrogène a un caractère
dipolaire : elle constitue un dipôle électrique.
Conclusion :
- Une liaison covalente est polarisée lorsque les deux
atomes liés ont des électronégativités différentes.
3) Les sites donneurs et les sites accepteurs de doublet d'électrons.
a) Site donneur de doublet d'électrons:
Un site donneur de doublet d'électrons est un site riche en électrons (forte
densité électronique). Il peut être localisé :
Sur un atome possédant au moins un doublet non liant
Entre deux atomes engagés dans une liaison multiple
Représentation de Lewis
b) Site accepteur de doublet d'électrons:
Un site accepteur de doublet d'électrons est un site pauvre en électrons (faible
densité électronique). Il peut être localisé sur un atome possédant une charge
positive (entière ou partielle).
Représentation de
Lewis
Représentation spatiale
III. Le mouvement des doublets d'électrons
lors d'un mécanisme réactionnel.
Mécanisme réactionnel
Un mécanisme réactionnel décrit la formation et la rupture des
liaisons au cours d'une réaction chimique à l'échelle
microscopique. Il se découpe en plusieurs étapes successives
traduisant l'ordre chronologique des événements.
La formation ou la rupture de liaisons sont dues aux
déplacements des doublets d'électrons.
Pour représenter ces déplacements, on utilise le modèle de la
flèche courbe.
Déplacements de doublet d'électrons.
La flèche courbe respecte les règles suivantes:
 La flèche courbe part toujours d'un site donneur de doublet d'électrons pour
aller vers un site accepteur de doublet d'électrons.
Chaque flèche représente le mouvement d'un seul doublet.
Au cours d'une même étape, il est possible que plusieurs doublets se
déplacent afin de respecter la règle de l'octet. Il faut alors représenter le
mouvement de tous les doublets.
La flèche courbe (bleue), orientée du doublet non liant de l’atome d’azote vers l’atome de
carbone de la molécule de chlorométhane, représente le mouvement du doublet d’électrons
mis en jeu lors de l’interaction entre le site donneur de doublet d’électrons et le site
accepteur de doublet d’électrons.
- Elle permet d’expliquer la formation de la nouvelle liaison C – N dans le cation obtenu.
- La formation de cette liaison C – N entraîne automatiquement la rupture de la liaison C –
Cl afin que l’atome de carbone respecte la règle de l’OCTET.
- La flèche courbe (rouge) orientée du doublet liant C – Cl vers l’atome de
chlore Cl représente le mouvement du doublet d’électrons correspondant : il se forme alors
l’ion chlorure Cl –.
exemples:
 On considère la molécule d'éthanol C2H5OH.
 Le carbone portant la fonction alcool est un site accepteur car il porte
une charge partielle δ+ et l'oxygène est un site donneur car il porte deux
doublets non liants :
Il y aura donc mouvement d'un doublet d'électrons de l'atome de
chlore vers le carbone fonctionnel :
Le carbone se retrouvant avec cinq liaisons, il ne respecte plus la règle de l'octet. Le groupement
d'atomes lié au carbone par la liaison la plus polarisée (donc la liaison C−O ) se rompt, les électrons
allant vers l'atome le plus électronégatif (donc l'oxygène) :
La molécule ainsi obtenue est le
chlorobutane et le sous-produit de la
réaction est l'eau.
La réaction entre l’ion méthanoate CH3 – O- et le chloroéthane se fait en
une étape d’équation :
Représenter, par des flèches courbes, le mouvement des doublets d’électrons expliquant la formation et la
rupture des liaisons.
- La réaction résulte de l’interaction entre le site donneur de doublet d’électrons et le
site accepteur de doublet d’électrons.
- La flèche courbe (bleue), orientée du doublet non liant de l’atome d’oxygène vers l’atome de
carbone de la molécule de chloroéthane, représente le mouvement du doublet d’électrons mis en jeu lors
de l’interaction entre le site donneur de doublet d’électrons et le site accepteur de doublet d’électrons.
- Elle permet d’expliquer la formation de la nouvelle liaison C – O.
- La formation de cette liaison C – O entraîne automatiquement la rupture de la liaison C – Cl afin que
l’atome de carbone respecte la règle de l’OCTET.
- La flèche courbe (rouge) orientée du doublet liant C – Cl vers l’atome de chlore Cl représente le
mouvement du doublet d’électrons correspondant : il se forme alors l’ion chlorure Cl –.
La représentation correcte de la première étape du mécanisme de saponification du
méthanoate d’éthyle est :
L’ion cyanure
réagit en une seule étape avec le méthanal pour donner