Réactions en chimie organique

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1 Réactios e chimie orgaique Alcaes : Les alcaes sot peu réactifs. La raiso, c est que les liaisos C-C et C-H sot relativemet fortes et qu elles ot ue faible polarité. O peut les «brûler» et, e présece de rayos UV, ils peuvet participer à ue réactio de substitutio avec u halogèe. Combustio Les alcaes sot des hydrocarbures (formés uiquemet de C et de H) et tous les hydrocarbures brûlet très bie e présece d ue quatité suffisate d oxygèe pour former du dioxyde de carboe et de l eau. L équatio géérale de la combustio de tout hydrocarbure est : Même si les liaisos C-C et C-H sot relativemet fortes, les liaisos C=O et O-H des produits le sot ecore plus, ce qui fait que cette réactio est exothermique. Ex. : méthae (gaz aturel) CH 4 (g) + 2O 2 (g) CO 2 (g) + 2H 2 O(l) ΔH = -890,4 kj mol -1 Ex. : essece (pétrole) C 8 H 18 (l) + 12½O 2 (g) 8CO 2 (g) + 9H 2 O(l) ΔH = kj mol -1 S il y a ue quatité isuffisate d oxygèe, il y a combustio icomplète et le mooxyde de carboe (CO) aisi que le carboe sot aussi formé comme produit. Réactio de substitutio des alcaes : Les alcaes peuvet réagir avec le chlore(ou autres halogèes) e présece de rayos UV pour former du HCl et u chloroalcae. Par exemple, le méthae peut réagir avec le chlore pour former du chlorométhae et du chlorure d hydrogèe. U 2 e exemple, l éthae peut réagir avec le brome pour former du bromoéthae et du bromure d hydrogèe.

2 Mécaisme radicalaire de la réactio de substitutio : Le mécaisme d ue réactio orgaique décrit chaque étape. Lorsqu ue liaiso chimique est rompue, cela peut être ue rupture homolytique ou hétérolytique. Das ue rupture hétérolytique, les 2 électros du doublet liat (DL) vot au même élémet, créat aisi u io positif et u io égatif. Das ue rupture homolytique, chaque atome repart avec u électro, ce qui crée deux radicaux libres très réactifs. La liaiso etre deux halogèes est mois forte que la liaiso C-C ou C-H das le méthae, les rayos UV briset la liaiso Cl-Cl de faço homolytique. Cl 2 Cl + Cl C est l étape de l iitiatio. Les radicaux libres formés ot u électro o apparié et sot très réactifs. Lorsqu u radical libre chlore etre e cotact avec ue molécule de méthae, il se combie avec u hydrogèe pour former du chlorure d hydrogèe et u radical libre méthyl. H 3 C-H + Cl H-Cl + H 3 C Comme u ouveau radical a été formé, o appelle cette étape la propagatio. Le radical libre méthyl est lui aussi extrêmemet réactif et réagit doc avec ue molécule de chlore pour former le produit (chlorométhae) et u autre radical libre chlore. C est doc ue autre étape de la propagatio et permet d obteir ue réactio e chaîe car le processus, les 2 étapes de la propagatio, se répète. E théorie, u radical libre chlore peut réussir à produire jusqu à molécule de chlorométhae. H 3 C + Cl 2 CH 3 -Cl + Cl La termiaiso se produit lorsque 2 radicaux libres réagisset esemble. Cl + Cl Cl 2 ou H 3 C + Cl CH 3 -Cl ou H 3 C + H 3 C C 2 H 6 Cette substitutio peut cotiuer lorsqu u radical libre chlore réagit avec ue molécule substituée. Par exemple : Esuite, Cela peut cotiuer jusqu à ce qu o ait substituer tous les H et former aisi du trichlorométhae et du tétrachlorométhae.

3 Alcèes : L ethalpie de liaisos de la liaiso double C=C des alcèes est de 612 kj mol -1, ce qui est mois que 2 fois le 348 kj mol -1 de l ethalpie de liaiso de la liaiso simple C-C. Ceci explique la réactivité plus grade des alcèes comparée aux alcaes. Réactio d additio : La plus importate des réactios des alcèes est la réactio d additio. Des molécules réactives sot capable de s ajouter sur les C où est la liaiso double de l alcèe. La liaiso double est dite isaturée et le produit, où chaque carboe est lié par 4 liaisos simples, est dit saturé. isaturé saturé Les réactios d additio avec les alcèes icluet l additio d hydrogèe, de brome, d halogéures d hydrogèe (HCl, HBr, ) et d eau. 1 Bromiatio De l eau de brome (Br (aq) ), de couleur jaue orage est ajoutée à ue solutio pour détecter la présece de liaisos double ou triple; la solutio deviet trasparete lors d ue réactio d additio. 3 hydrogéatio L additio d hydrogèe aux molécules d huiles végétales isaturées se fait idustriellemet pour produire de la margarie. L hydrogéatio dimiue le ombre de liaisos double, ce qui amèe à u poit de fusio plus élevé, doc la margarie est solide à température ambiate. 2 Hydratatio L éthèe est formée par le craquage du pétrole et o s e sert pour produire idustriellemet de l éthaol e le faisat réagir avec de la vapeur d eau.

4 Polymères par additio: U polymère est ue grosse molécule à logue chaîe avec des uités répétitives ommées moomère. Sous l effet de la chaleur et à haute pressio, les alcèes peuvet réagir etre eux, ue réactio d additio répétée e chaîe pour former u polymère. Ce type de réactio est la polymérisatio par additio. L éthèe est u exemple de moomère qui forme u polyéthèe (ou polyéthylèe) composé typiquemet de à moomères. éthèe polyéthèe [-CH 2 -CH 2 -] représete l uité répétitive, le moomère. D autres exemples de polymérisatio par additio compreet le polychloroéthèe (PVC), le polypropylèe9u plastique) et le polytetrafluoroéthèe (TEFLON) polychloroéthèe [-CH 2 -CHCl-] représete l uité répétitive, le moomère. polypropèe [-CH 2 -CHCH 3 -] représete l uité répétitive, le moomère. polytetrafluoroéthèe CF 2 = CF 2 [-CF 2 -CF 2 -] [-CF 2 -CF 2 -] représete l uité répétitive, le moomère.

5 Alcools : L éthaol est utilisé à la fois comme u solvat et comme u carburat. Combustio : Comme les alcaes, les alcools brûlet très bie e présece d ue quatité suffisate d oxygèe pour former du dioxyde de carboe et de l eau. L équatio géérale : Ex. : éthaol : L éthaol est déjà partiellemet oxydé et doc relâche mois d éergie qu u alcae de masse similaire. Par cotre, parce qu o peut l obteir par fermetatio de biomasse, das certais pays o le mélage à l essece pour produire du gazole ce qui dimiue la dépedace au pétrole brut et ceci produit mois de polluats. Oxydatio de l éthaol : L éthaol peut facilemet être oxydé e le réchauffat u peu avec ue solutio de dichromate(vi) de potassium acidifié. Durat ce processus, l io dichromate(vi) orage est réduit du ombre d oxydatio +6 e io Cr 3+ vert. O utilise ce pricipe das des ivressomètre simple; o fait souffler ue persoe das u «sac«coteat des cristaux de dichromate(vi) de potassium. L itesité de la couleur verte doat ue approximatio de la quatité d alcool das l haleie L éthaol est d abord oxydé e éthaal et esuite e acide éthaoïque. L éthaal(pt d ébul. : 20,8 C) e peut pas faire de liaisos hydrogèes avec lui-même, cotrairemet à l éthaol(pt d ébul. : 78,5 C) et à l acide éthaoïque(pt d ébul. : 118 C), ce qui lui doe u plus bas poit d ébullitio. Si o veut arrêter l oxydatio à l éthaal, o le distille à mesure qu il se forme. Au cotraire, si o veut que l oxydatio se poursuive jusqu à l acide éthaoïque, o chauffe le mélage à reflux pour e pas que l éthaal s échappe.

6 Oxydatio des alcools : Tous les alcools primaires, comme l éthaol, sot oxydés par ue solutio de dichromate(vi) de potassium acidifié; premièremet e aldéhyde et esuite e acide carboxylique. Les alcools secodaires sot oxydés e cétoe et e peut doc pas se faire oxyder plus. Les alcools tertiaires e sot pas oxydés par ue solutio de dichromate(vi) de potassium acidifié car il y a pas d atomes d hydrogèe de lier au carboe ayat le groupe hydroxyle (OH - ). O e peut pas dire qu ils e sot jamais oxydés car ils brûlet. Cepedat, lors de la combustio, la chaîe de carboe est détruite. Halogéoalcaes Substitutio : Exemple : (OH - (aq) dilué et u peu chauffé) Parce que les halogèes(x) sot plus électroégatifs que le carboe (C), la liaiso C-H est polaire. Des réactifs qui ot u (ou plus) doublet o-liat sot attiré par l atome de C et ue réactio de substitutio se passe. Ce gere de réactif s appelle u ucléophile et ils fourisset les 2 électros de la liaiso. CN -, OH - et NH 3 sot des ucléophiles typiques. Ex. : Les flèches courbées idiquet le mouvemet des doublets d électros.

7 Mécaisme des réactios de substitutios ucléophiles : Si c est u halogéoalcae primaire S N 2 : substitutio ucléophile bimoléculaire (ordre 2) Ce mécaisme e est u à 1 étape. Le mécaisme proposé implique la formatio d u complexe activé à l état de trasitio. Complexe activé Vitesse = k [R-X][OH - ] Si c est u halogéoalcae tertiaire S N 1 : substitutio ucléophile uimoléculaire (ordre 1) Ce mécaisme e est u à 2 étapes. La 1 ère est lete; l halogéoalcae subit ue rupture hétérolytique au iveau de la liaiso C-X et «produit» u carbocatio itermédiaire et l io halogéure qui réagisset rapidemet (2 e étape) avec u ucléophile doat le produit fial. 1 ère étape (lete) Vitesse = k [R-X] carbocatio itermédiaire 2 e étape (rapide) Si c est u halogéoalcae secodaire, c est plus compliqué car ils peuvet se passer selo u mécaisme S N 1 ou S N 2 ou ue combiaiso des 2.