Addition reactions

Cours TS « Transformation en chimie organique »
Comment peut-on modifier des molécules à l’aide de la chimie organique ?
Notions du programme mises en jeu :
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Reconnaitre les groupes caractéristiques des alcools, aldéhydes, cétone, acide carboxylique, ester,
amide. (Déjà vu).
Utiliser le nom systématique d’une espèce chimique organique.
Distinguer une modification de chaine d’une modification de groupe caractéristique.
Déterminer la catégorie d’une réaction (substitution, addition, élimination) à partir de l’examen de la
nature des réactifs et des produits.
Déterminer la polarisation des liaisons en lien avec l’électronégativité (table fournie).
Identifier un site donneur, un site accepteur de doublet d’électrons.
Pour une ou plusieurs étapes d’un mécanisme réactionnel donné, relier par une flèche courbe les sites
donneur et accepteur en vue d’expliquer la formation ou la rupture de liaisons.
Documents d’étude :
Document n°1 : Le MTBE.
LE MTBE, ou Méthyl tertio butylether est utilisé comme additif dans les essences pour améliorer leurs performances.
Sa synthèse au laboratoire peut se faire selon la réaction d’équation ( 1) :
Sa synthèse industrielle est réalisée à partir du méthanol et du méthylpropène selon l’équation (2) :
Pour purifier le méthylpropène, obtenu par vapocraquage, on l’hydrate selon l’équation (3) :
L’alcool obtenu est isolé puis le méthylpropène est régénéré selon l’équation (4) :
(CH3)3C-OH
(CH3)2C=CH2 + H2O
Document n°2: Les différents types de réactions en chimie organique.
Addition reactions
An addition reaction occurs when two or more reactants combine to form a final product. This product will contain all
the atoms that were present in the reactants. The following is a general equation for this type of reaction:
A+B→C
Notice that C is the final product with no A or B remaining as a residue.
The following are some examples.
1.
The reaction between ethene and bromine to form 1,2-dibromoethane.
C2H4+ Br2→C2H4 Br2
En représentation développée cela donne:
2.
Polymerisation reactions In industry, making polymers is very important. A polymer is made up of lots of smaller
units called monomers. When these monomers are added together, they form a polymer. Examples of polymers are
polyvinylchloride (PVC) and polystyrene.
Figure 2: The polymerisation of a styrene monomer to form a
polystyrene polymer
3.
The hydrogenation of vegetable oils to form margarine is another example of an addition reaction. Hydrogenation
involves adding hydrogento an alkene. An alkene is an organic compound composed of carbon and hydrogen. It
contains a double bond between two of the carbon atoms. During hydrogenation, this double bond is broken, and more
hydrogen atoms are added to the molecule.
RCH=CH 2+H2→ …………………
4.
The production of the alcohol ethanol from ethene. Ethanol can be made from alkenes such as ethene (C2H4), through a
hydration reaction like the one below. A hydration reaction is one where water is added to the reactants.
CH2=CH2+H2O→……………..
A catalyst is needed for this reaction to take place. The catalyst that is most commonly used is phosphoric acid.
Elimination reactions
An elimination reaction occurs when a reactant is broken up into two products. The general form of the equation is as
follows:
A→B+C
The examples below will help to explain this:
1.
The dehydration of an alcohol is one example. Two hydrogen atoms and one oxygen atom are eliminated and a
molecule of water is formed as a second product in the reaction, along with an alkene.
CH3-CH2-OH → CH2= CH2+H2O
En représentation développée, cela donne:
2.
The elimination of potassium bromide from a bromoalkane.
CH3- CH2-Br + KOH → CH2=CH2+ KBr +H2O
Figure 4
Substitution reactions
A substitution reaction occurs when an exchange of elements in the reactants takes place. The initial reactants are
transformed or 'swopped around' to give a final product. A simple example of a reaction like this is shown below:
AB+CD→AC+BD
Some simple examples of substitution reactions are shown below:
CH4+Cl2→CH3Cl+HCl
Another example:
Document n°3: Modification de chaine ou de groupe caractéristique ?
Les transformations subies par une molécule organique au cours des réactions chimiques modifient ses groupes
caractéristiques ou sa chaine carbonée.
-Si lors de la réaction la chaine carbonée est modifiée (allongement, raccourcissement ou modification sans
changement du nombre d’atomes de carbone), il s’agit ici d’une modification de chaine.
-Si lors de la réaction il y a changement de groupes caractéristiques, on dit qu’il y a eu modification de groupes
caractéristiques.
Exemple n°1: isomérisation du pentane en méthylbutane :
Exemple n°2 :Lors de la fermentation acétique, des bactéries assurent la transformation de l’éthanol en acide
éthanoïque :
CH3 – CH2 – OH devient CH3 – COOH.
Document n°4 : Cours Rappel de 1ère S : L’électronégativité et liaison polarisée.
-L’électronégativité d’un élément chimique est sa capacité à attirer vers lui les électrons. Plus il est électronégatif, plus
il attire vers lui les électrons. Elle est notée χ.
-La liaison polarisée :
δ- représente un excès de charge négative portée par l’atome B du fait qu’il attire les électrons.
δ+ représente un excès de charge positive portée par l’atome A du fait qu’il « repousse » les électrons.
Valeur de
l’électronégativité en
fonction de l’atome mis en
jeu :
Document n°5 : Cours : Site donneur et site receveur d’une molécule.
En chimie organique, une molécule peut posséder un ou plusieurs sites accepteur ou donneur d'électrons.
Un site accepteur d’électrons se caractérise comme un site pauvre en électrons, de charge partielle positive δ+.
L'atome de carbone représente, dans de très nombreux cas, un exemple de site accepteur d'électrons en raison de son
déficit électronique dû à la présence d'atome plus électronégatif (O, N, F, Cl, Br, ...) autour de lui :
Un site donneur d'électrons se caractérise comme un site enrichi en électrons de charge partielle négative δ-. Les
doubles liaisons carbone-carbone (comme celle de l’éthène) sont des sites donneurs d'électrons tout comme l'ion iodure,
ou encore l'atome d'oxygène de l'ion hydroxyde et de la molécule d'eau, ces sites présentent une charge négative et/ou
un ou plusieurs doublets non liants :
Document n°6 : Un dérivé fluoré : l'acide (Z)-18-fluorooctadéc-9-ènoïque.
Découvert dans le fruit d’un arbuste en Sierra Leone, une espèce chimique naturelle (l'acide (Z)-18-fluorooctadéc-9ènoïque) de formule brute C18H33FO2 possède des propriétés hautement toxiques. Elle est d'ailleurs utilisée comme
raticide. Ce composé peut être préparé par la séquence réactionnelle simplifiée faisant intervenir 6 étapes.
Lors de la synthèse, une réaction parasite à la première étape peut avoir lieu. On obtient à la place du produit B attendu,
un produit A' :
Document n°7 :Cours : Le mécanisme réactionnel.
Pour expliquer le mécanisme d’une réaction, on représente par une flèche courbe un mouvement électronique :
cette flèche part toujours d'un site donneur d’électrons vers un site accepteur d’électrons.
Explications :
Remarque importante – La différence d’électronégativité s’avère parfois être un critère insuffisant pour déterminer les
sites accepteur ou donneur d’électrons d’une molécule.
Questions :
1) Donner le type de réaction de chacune des réactions impliquées (2,3 et 4) dans la synthèse de MTBE.
(2) : Additon (3) : addition (4) :Elimination
2) Indiquer pour chaque exemple donné dans le document n°3, si ils correspondent à des modifications de chaine et ou à
des modifications de groupes.
Exemple 1 : modification de chaine Exemple 2 : Modification de groupe
3) En vous aidant des documents n°4, 5 et 7, proposer un mécanisme réactionnel permettant d’expliquer l’équation de la
réaction n°1 du document n°1. Vous représenterez ce mécanisme sur le document n°1.
Voir schéma
4) La première étape de la synthèse du document n°6 fait intervenir le 1-bromo-8-fluorooctane dont la représentation
topologique est donnée ci-dessous :
Composé A :
a)
Entourer les liaisons susceptibles d'être polarisées. Justifier votre choix.
b) Identifier alors le ou les sites accepteur d'électrons de cette molécule en expliquant la démarche utilisée.
Sites donneurs d’e- car atome plus électronégatif. Sites accepteurs d’e- car atome moins électronégatif.
5)
Le second réactif de la première étape porte le nom d'ion alcynure dont la représentation de
Lewis est donnée par :
Identifier le site donneur d'électrons de cet ion.
6)
A partir de la structure du produit formé lors de la première étape (composé B), entourer le site accepteur du compose
A et le site donneur de l’ion alcynure. Site accepteur de A : atome de C lié à l’atome de Brome Br.
7) Proposer une explication du mécanisme de la rupture d’une liaison covalente du compose A.
Voir schéma
8) En reprenant la modélisation du mécanisme réactionnel utilisant la flèche courbe, expliquer la formation du compose E
lors de la quatrième étape.
Voir schéma