Transformations en chimie organique : aspect

Lycée Paul CEZANNE – Aix-en-Provence
Terminale S – Réforme 2012
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a. Raccourcissement de la chaîne carbonée
Le craquage catalytique consiste à casser les grosses molécules en molécules plus petites,
saturées ou non.
Cette réaction s’effectue au niveau industriel aux environs de 450°C et à pression atmosphérique, en présence
d’aluminosilicate comme catalyseur.
Document 1 : un exemple de craquage catalytique
Le mélange de produits obtenus est souvent très complexe, il est nécessaire de séparer ces produits par
distillation fractionnée.
Comme le craquage catalytique, le vapocraquage consiste à casser les molécules de la charge,
par pyrolyse, pour obtenir des molécules plus petites. De plus, il est réalisé en présence de vapeur
d'eau qui sert à diluer les hydrocarbures pour éviter les réactions parasites d'aromatisation.
On utilise entre 0,25 et 1 tonne de vapeur d'eau par tonne d'hydrocarbure à craquer. La charge peut être
lourde (gazoles), moyenne (naphta) ou légère (éthane, propane, butane). En Europe et au Japon le naphta
représente 70 à 80 % des charges vapocraquées ; aux États-Unis l'utilisation des charges légères est
majoritaire. Les conditions opératoires et la composition du produit obtenu dépendent de la nature de la
charge.
H3C
CH3
H2C
CH2
2 H2C
CH2
+
H2
+
H2
+
CH4
Document 2a : deux exemples de vapocraquage simple (éthane et butane
Partie II - Comprendre
11 – Transformations en chimie organique : aspects macroscopiques
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+
+
+
H2
CH4
H3C
CH3
+
Document 2b : vapocraquage de l’hexane
b. Modification de la structure de la chaîne
Le reformage catalytique consiste à modifier la structure des hydrocarbures des essences « légères » ayant de
5 à 10 atomes de carbone, afin d’en améliorer l’indice d’octane. Il y a différentes réactions qui se produisent,
elles se déroulent toutes à une température et une pression élevées (500°C et 15 à 30 bars de pression), en
présence de platine comme catalyseur.
L’isomérisation permet de transformer les alcanes linéaires en leurs isomères ramifiés.
Document 3a : isomérisation de l’heptane
Partie II - Comprendre
11 – Transformations en chimie organique : aspects macroscopiques
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La cyclisation fournit, à partir d’alcanes linéaires, des cyclanes souvent ramifiés et du dihydrogène.
H2
+
Document 3b : cyclisation de l’hexane
La déshydrocyclisation fournit des dérivés aromatiques par déshydrogénation et cyclisation.
+
3 H2
Document 3c : déshydrocyclisation de l’hexane
c. Allongement de la chaîne carbonée
La polymérisation par polyaddition permet de rallonger la chaîne carbonée d’un composé
organique (appelé monomère) comportant une double liaison C=C pour obtenir une
macromolécule appelé polymère.
Styrène
fragment de polystyrène
Document 4 : la polymérisation du styrène
La réaction de polymérisation du styrène s’écrit :
*
CH CH2
*
n
n
La polymérisation par polyaddition consiste en l’addition, les unes à la suite des autres, d’un très grand
nombre de molécules identiques appelées monomères. Les monomères comportent toujours au moins une
double liaison C C .
Lors d’une polyaddition, il y a ouverture des doubles liaisons C C et formation de liaisons simples C C :
H
H
C
H
H
C
H H
C
A
H
C
H
C
A H
C
A
CH2
CH2
CH2
CH
CH
CH
A
A
A
Document 5 : polyaddition par ouverture d’une double liaison C=C
Partie II - Comprendre
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NOM
SYMBOLE
MONOMERE
H
LOGO
RECYCLAGE
MOTIF
H
C
C
*
PE
Polyéthylène
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H
CH2 CH2 *
PEBD
H
PEHD
H
Polychlorure de
vinyle
H
PVC
C
*
C
H
CH3
H
H
C
*
*
CH2 CH
*
C6H5
C6H5
H
PMMA
CH2 CH
CH3
C
H
Polyméthacrylate de
méthyle
*
C
H
PS
Polystyrène
H
C
PP
*
Cl
Cl
H
Polypropylène
CH2 CH
H
C
*
C
H
CH2 CH
COOCH3
*
COOCH3
Document 6 : quelques exemples de polymères obtenus par polyaddition
Il est possible de modifier un groupe caractéristique d’une molécule, sans modifier son squelette
carboné.
Un exemple est celui des réactions d’oxydation des alcools primaire et secondaire :
H
R
C
O
OH
=
R
+ 2 H+
C
+
2 e-
H
H
Document 7a : demi-équation d’oxydoréduction d’un alcool primaire en aldéhyde
O
R
C
O
+
H
HO
H
=
R
+ 2 H+
C
+
2 e-
OH
Document 7b : demi-équation d’oxydoréduction d’un aldéhyde en acide carboxylique
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H
R
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O
C
=
OH
R
+ 2 H+
C
+
2 e-
R'
R'
Document 7c : demi-équation d’oxydoréduction d’un alcool secondaire en cétone
Remarque : il est impossible d’oxyder les alcools tertiaires !
R"
R
C
OH
R'
Une réaction de substitution consiste à remplacer un atome (ou un groupe d’atomes) par un
autre atome (ou groupe d’atomes).
Lorsqu’on fait agir de l’acide chlorhydrique concentré sur le 2-méthylpropan-2-ol, on obtient un composé D
qui donne un précipité blanc avec le nitrate d’argent : il s’agit d’un dérivé halogéné, le 2-chloro-2méthylpropane. La réaction qui se produit est la suivante :
CH3
CH3
C
CH3
OH
+
H+
+
Cl-
CH3
CH3
C
Cl
H
+
OH
CH3
Document 8 : réaction de substitution
Au cours de la réaction, le groupement hydroxyle est remplacé par un atome de chlore, il s’agit d’une réaction
de substitution.
Une réaction d’addition consiste à ajouter des atomes ou des groupes d’atomes autour d’une
liaison multiple.
Par exemple, l’eau réagit, en présence d’acide, avec les alcènes (ou les dérivés éthyléniques) pour donner des
alcools selon l’équation suivante :
C
C
+
H
OH
acide
H
OH
C
C
Document 9 : réaction d’addition d’eau
L’addition d’eau sur un alcène s’appelle une hydratation, c’est une réaction d’addition.
Partie II - Comprendre
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Parfois on n’obtient pas qu’un seul alcool mais un mélange :
CH3
C
CH2
+ H
OH
acide
CH3
CH3
H
OH
C
C
CH3
H
et
H
CH3
OH
H
C
C
CH3
H
H
Document 10 : formation de plusieurs produits lors d’une hydratation
L’alcool obtenu majoritairement alors est celui de classe la plus élevée.
Une réaction d’élimination consiste à éliminer des atomes (ou des groupes d’atomes) sur des
carbones adjacents. Il se forme alors une liaison multiple entre ces deux carbones.
Lorsqu’on prend du cyclohexanol en milieu très acidifié (avec de l’acide sulfurique H2 SO4 ou de l’acide
phosphorique H 3 PO4 par exemple) et qu’on chauffe, on obtient un composé C qui décolore l’eau de dibrome :
C comporte donc une double liaison C C , c’est un alcène : il s’agit du cyclohexène.
OH
+
H2 O
C’est une réaction de déshydratation, la molécule de départ perd une molécule d’eau.
Remarque : la réaction du composé C avec l’eau de dibrome est une réaction d’addition (on obtient un
composé bromé).
Lors de la déshydratation, le groupement hydroxyle et l’atome d’hydrogène H éliminés sont portés par deux
atomes de carbone voisins.
R
H
R1
C
C
H
R2
R
R1
C
OH
C
H
R2
Document 11 : réaction de déshydratation (élimination d’eau)
On ne peut donc pas déshydrater les alcools suivants :
Méthanol :
Phénylméthanol (ou alcool benzylique) :
H
H
C
H
H
C
H
C
OH
H
C
C
H
H
C
C
C
OH
H
H
Document 12 : déshydratation impossible
Partie II - Comprendre
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