Documents de Physique-Chimie – M. MORIN 1 Thème : Lois et
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1 Thème : Lois et modèles Partie : Structure et transformation de la matière Cours 25 : Transformations en Chimie organique Partie B : Mécanismes réactionnels - Les grandes catégories de réactions en Chimie organique I. Avant- propos sur la représentation de Lewis : La représentation de Lewis consiste a représenter les électrons de la couche externe par des points lorsqu’ils sont célibataires ou par un trait lorsqu’ils sont sous la forme d’un doublet. Exemples de représentation de Lewis d’atomes : Exemples de représentation de Lewis de molécules : L‘ion hydroxyde est formé à partir d’une molécule d’eau. Un proton quitte la molécule d’eau. Il laisse sur l’oxygène son électron. L’oxygène possède donc un excès d’un électron qui est symbolisé par un signe moins. L’ion oxonium est formé à partir d’une molécule d’eau. Un électron d’un des doublets de l’oxygène et l’électron de l’hydrogène ont à servis à créer une liaison covalente entre eux. Il manque donc maintenant un électron à l’oxygène. Ce défaut d’un électron est symbolisé par un signe plus. Documents de Physique-Chimie – M. MORIN 2 II. Le mécanisme réactionnel. Avant de détailler les grandes catégories de réactions en Chimie organique, il faut se poser deux questions : Pourquoi des molécules réagissent-elles entre-elles ? Comment modéliser le mécanisme réactionnel ? 1. Pourquoi des molécules réagissent-elles entre-elles ? 1.1. Observons la molécule de 2-chlorométhylpropane. Posons-nous quelques questions ? - Quel atome sera chargé négativement ? positivement ? sachant que l’électronégativité du chlore est égale à 3,2 et celle de l’atome de carbone 2,5. La molécule est-elle polaire ? Quelle liaison est ainsi fragilisée et peut potentiellement se rompre ? Les réponses : L’atome de chlore étant électronégatif, il portera une charge partielle négative. L’atome de carbone lié à ce chlore sera ainsi porteur de charges partielles positives. Le barycentre des charges négatives n’est pas confondu avec le barycentre des charges positives, la molécule est donc polaire. La liaison fragilisée est la liaison C-Cl polarisée. 1.2. Une molécule d’eau serait-elle susceptible de réagir avec la molécule de 2chlorométhylpropane ? La molécule d’eau est également une molécule polaire On distingue sur ces deux molécules : o un site donneur d’électrons (qui cherche des atomes chargés positivement). Il sera négatif. o un site accepteur d’électrons (qui aime les atomes chargés négativement). Il sera positif. Situer sur chaque molécule le site donneur et le site accepteur d’électrons. Documents de Physique-Chimie – M. MORIN 3 Réponse : C’est le site accepteur C’est le chlore qui polarise la liaison C-H C’est le site donneur 2. Modélisation du mécanisme réactionnel. Une liaison chimique peut être créée entre un site donneur d’une molécule et un site accepteur d’une autre molécule. Une liaison chimique étant l’appariement de deux électrons, un doublet est nécessaire pour la formation d’une liaison covalente. Il y aura interaction entre un site donneur et un site accepteur de doublets électronique. Par convention on représente le mouvement d’un doublet d’électrons à l’aide d’une flèche courbe lors d’une étape d’un mécanisme réactionnel. La flèche part d’un doublet et se dirige vers le site accepteur de doublet d’électrons Une étape du mécanisme réactionnel s’écrit : Pour aller plus loin dans ce mécanisme, on écrit : + Cl- Documents de Physique-Chimie – M. MORIN 4 + H3O+ Le bilan de cette réaction a donc consisté à substituer un chlore par groupement hydroxyle –OH. III. Les grandes catégories de réactions en chimie organique : substitution, addition, élimination. 1. Comment reconnaitre la catégorie de réactions à partir de l’examen de la nature des réactifs et des produits. 1.1. Cas de l’existence d’une liaison polarisée C- X (C-Cl, C-Br ou C-I) Les dérivés monohalogénés ne possèdent que des liaisons simples. C - Cl 3,2 Electronégativité de l’halogène C - Br 3,0 C-I 2,7 + - La liaison C - X est déjà polarisée, mais elle peut se polariser encore plus sous l’action d’un champ électrique extérieur créé par un réactif possédant un site donneur d’électrons, une base (HO-), un solvant (H2O). Deux catégories de réactions peuvent être pressenties Les substitutions R – X + Y- CH3-Cl + HO- R - Y + X- CH3-OH + Cl- Les éliminations Y- + C2H5O- Na++ Ethanolate de sodium Documents de Physique-Chimie – M. MORIN = + HY + X- + C2H5OH + Br- 5 Questions : 1. Donner la représentation de Lewis de l’ion hydroxyde et l’ion éthanolate. 2. Dans les deux exemples décrits précédemment, indiquer quels sont les sites donneurs et accepteurs d’électrons. 3. Représenter par une flèche courbe la première étape du mécanisme réactionnel de chacune de ces réactions. Réponses : 1. Représentation de Lewis. L’oxygène a pour représentation de Lewis L’hydrogène a pour représentation de Lewis L’ion hydroxyde qui est une molécule d’eau ayant perdu un proton a pour représentation de Lewis De même l’ion éthanolate qui est l’éthanol ayant perdu un proton a pour représentation de Lewis 2. Sites donneur (nucléophile) et accepteur (électrophile) d’électrons. Substitution Site accepteur d’électrons Site donneur d’électrons Elimination Site donneur d’électrons 3. Substitution Elimination Documents de Physique-Chimie – M. MORIN 6 1.2. Cas de l’existence d’une double liaison C=C ou C=O : Réactions d’addition. Une double liaison est une double paire d’électrons. L’une de ces paires électroniques est utilisée pour additionner des atomes sur la molécule. On distinguera les additions mettant en jeu : - La double liaison C = C La double liaison du groupe carbonyle C = 0. 1.2.1. Cas de la mise en jeu d’une double liaison C = C . Propène Br – Br H – Br dibrome bromure d’hydrogène 1,2-dibromopropane H2O 2-bromopropane eau propan-2-ol 3.2.2. Cas de la mise en jeu d’une double liaison C = O. éthanal éthanol (alcool Iaire) CH3-CH2-OH propan-2-ol (alcool IIaire) CH3-CHOH-CH3 H2O LiAlH4 propanone Documents de Physique-Chimie – M. MORIN
