CHAPITRE 10 : TRANSFORMATIONS EN CHIMIE ORGANIQUE

CHAPITRE 10 : TRANSFORMATIONS EN CHIMIE ORGANIQUE

1. Aspect Macroscopique a. Nom systématique b. Modification de la chaîne carbonée c. Modification de groupe caractéristique 2. Aspect Microscopique a. Polarisation des liaisons b. Sites donneurs et sites accepteurs d électrons c. Mécanismes réactionnels

a. Nom systématique Quel est le nom de cette molécule? Propène But-2-ène Éthène Pent-3-ène

a. Nom systématique Quel est le nom de cette molécule? Acide éthanoïque Méthanal Acide méthanoïque Éthanal

a. Nom systématique Quel est le nom de cette molécule? Propanone Propanal Butanone Butanal

a. Nom systématique Quel est le nom de cette molécule? Butane Méthanoate d éthyle N-méthyléthanamine N-méthyléthanamide

a. Nom systématique Quel est le nom de cette molécule? Butanal Méthanoate d éthyle Éthanoate de méthyle Acide 2-méthylpropanoïque

a. Nom systématique Quel est le nom de cette molécule? Méthanoate d éthyle Éthanoate de méthyle Butanone N-méthyléthanamide

a. Nom systématique Comment peut-on représenter la formule topologique de la molécule nommée : 2-méthylpentanal?

a. Nom systématique Comment peut-on représenter la formule topologique de la molécule nommée : 4-hydroxypentan-2-one?

a. Nom systématique Comment peut-on représenter la formule topologique de la molécule nommée : 3-méthylbutane-1,2-diol?

a. Nom systématique Une molécule organique est caractérisée par son squelette carboné, ses éventuels groupes caractéristiques et leurs positions sur le squelette. Le nom systématique d une molécule organique la décrit complètement : il est suffisant pour dessiner la molécule dans l espace.

a. Nom systématique Les chaînes carbonées qui constituent le squelette de la molécule sont nommées à partir du nom des alcanes : Nb. de C Nom de l alcane 1 Méthane 2 Éthane 3 Propane 4 Butane 5 Pentane 6 Hexane 7 Heptane 8 Octane La longueur de la chaîne carbonée principale est donnée par la partie centrale du nom. S il y a des ramifications sur la chaîne, elles sont notées dans des préfixes. Ex : le 3-méthylpentane a une chaîne principale longue de 5 carbones et un groupe CH 3 branché sur le 3 ème carbone.

a. Nom systématique Un groupe caractéristique modifie systématique. Si plusieurs groupes s ou des préfixes. Groupe caractéristique Alcène Formule CpC P P P P Carbonyle aldéhyde PCpO P H Carbonyle cétone CPCpO P Terminaison du nom -ène -al -one C Carboxyle Ester Amine Amide PCpO P OH CpO PP OPC PNP P CpO PP PNP ester amine amide Acide -oate de -amine -amide -oïque -yle Préfixe hydroxy formyl oxo amino Exemples : Activité p. 282

b. Modification de la chaîne carbonée Raccourcir la chaîne carbonée À haute température (~ 500 C) et en présence d un catalyseur, les longues molécules d hydrocarbures se cassent en molécules plus petites : c est le craquage catalytique. Ex : H3C CH2 CH2 CH2 CH2 CH3 > H3C CH2 CH3 + H3C CH=CH2 À plus haute température (~ 800 C) et en présence de vapeur d eau, le vapocraquage favorise la formation des alcènes. Ex : H3C CH2 CH2 CH3 > 2 H2C=CH2 + H2

b. Modification de la chaîne carbonée Reformage de la chaîne carbonée Le reformage modifie l enchaînement des atomes de carbone, mais pas leur nombre total dans la molécule. + H 2 + 4 H 2

b. Modification de la chaîne carbonée Allongement de la chaîne carbonée Un alcène peut réagir avec un alcane par alkylation (c est l inverse du craquage). + La polyaddition est un exemple de réaction de polymérisation et donne une très longue molécule à partir d un grand nombre de petites molécules identiques. Exemple : polyaddition de l éthène (aussi appelé éthylène), donnant le polyéthylène + H2C=CH2 + H2C=CH2 + H2C=CH2 +

b. Modification de groupe caractéristique Substitution Au cours d une réaction de substitution, un atome (ou un groupe d atomes) est remplacé par un autre atome (ou groupe d atomes). C X + Y C Y + X

b. Modification de groupe caractéristique Addition Au cours d une réaction d addition, des atomes (ou groupes d atomes) sont ajoutés de part et d autre d une liaison multiple. C A + X Y C X A Y

b. Modification de groupe caractéristique Élimination Au cours d une réaction d élimination, des atomes (ou groupes d atomes) s en vont et une liaison multiple est créée. C est l inverse de la réaction d addition. C X A C A + X Y Y

Exercice 13 p. 293

II. Aspect microscopique a. Polarisation des liaisons Rappels L électronégativité de l atome A est une mesure de son aptitude à attirer à lui le doublet d électrons qui le lie à l atome B dans une liaison covalente. Si deux atomes A et B ont des électronégativités différentes, la liaison A B est polarisée. Dans la classification périodique, l électronégativité augmente de la gauche vers la droite sur une même ligne (ou période) et du bas vers le haut dans une même colonne.

II. Aspect microscopique a. Polarisation des liaisons Activité 1 p.302 (3). On considère une molécule diatomique A B dans laquelle le doublet liant est statistiquement plus proche de l atome B. a. Quel est alors l atome le plus électronégatif? b. Ce partage dissymétrique du doublet de liaison provoque l apparition d une charge électrique positive q sur un atome et d une charge négative q sur l autre. Quelle relation relie q et q? Quel atome porte la charge négative? c. Cette molécule constitue un dipôle électrique. Justifier cette appellation. (4) Électronégativités : H : 2,2 ; Cl : 3,2 ; I : 2,5 a. Quelle est la famille des éléments chlore et iode? b. Établir la représentation de Lewis de la molécule HCl. En déduire celle de HI. c. Pour HCl : q1 = 2,8 x 10-20 C Pour HI : q2 = 9,2 x 10-21 C Positionner les charges q1 et q1 (resp. q2 et q2 ) sur les atomes des représentations de Lewis. d. Justifier la relation d ordre q1 > q2

II. Aspect microscopique a. Polarisation des liaisons Charges partielles Pour déterminer la polarisation d une liaison A B, on attribue une charge partielle négative à l atome le plus électronégatif, et une charge partielle positive à l atome le moins électronégatif. On note que =, car la molécule est globalement neutre. Plus la différence d électronégativité entre les atomes A et B est grande, plus les charges partielles sont élevées. Convention Les liaisons C H sont considérées comme non polarisées.

II. Aspect microscopique a. Polarisation des liaisons Exercice Écrire la formule de Lewis, identifier les liaisons polarisées et noter les charges partielles sur les molécules : d éthanal du méthanol de l éthanoate de méthyle de l éthanamide Données : Élément H C N O Cl Électronégativité 2,2 2,5 3,0 3,4 3,2

II. Aspect microscopique b. Sites donneurs et sites accepteurs d électrons Sites donneurs d électrons Dans un édifice chimique (molécule ou ion moléculaire), les sites riches en électrons sont capables de donner leurs électrons pour former une nouvelle liaison. Ces sites donneurs sont : les atomes qui portent une charge électrique négative (entière ou partielle) ou un doublet non liant et les liaisons multiples. Exemples : (tableau blanc)

II. Aspect microscopique b. Sites donneurs et sites accepteurs d électrons Sites accepteurs d électrons Dans un édifice chimique, les sites pauvres en électrons sont capables d accepter des électrons pour former une nouvelle liaison. Ces sites accepteurs sont les atomes qui portent une charge électrique positive (entière ou partielle). Exemples : (tableau blanc)

II. Aspect microscopique c. Mécanismes réactionnels Le mécanisme réactionnel modélise, à l échelle microscopique, toutes les étapes qui permettent de passer des molécules de départ aux molécules produites par la réaction. Il précise pour chaque étape les mouvements d électrons responsables de la rupture et de la formation des liaisons covalentes. Ces mouvements sont schématisés par des flèches courbes qui vont d un site donneur d électrons à un site accepteur d électrons.

II. Aspect microscopique c. Mécanismes réactionnels Exemple : synthèse du méthoxyméthane d équation bilan : 2 H3COH > H3C O CH3 + H2O

II. Aspect microscopique c. Mécanismes réactionnels Exercices Expliquer les ruptures/formations de liaisons dans les réactions suivantes : Réaction de l ion méthanolate H3C O sur le chloroéthane donnant du méthoxyéthane en une étape Réaction de l acide chlorhydrique sur le propan-1-ol donnant du 1-chloropropane en deux étapes

Type bac p. 321 On fait réagir un volume V(ol)=25 ml de butan-1-ol et un volume V(ac)=70 ml d acide chlorhydrique concentré (à 11 mol.l -1 ). Après séparation, on obtient une masse m=17,5 g de 1-chlorobutane. Le mécanisme de réaction comporte deux étape d équations : C3H7 CH2 O H + H Cl l l l l H C3H7 CH2 O H + l Cl l l l l l Données : masse volumique de l alcool ρ=0,80 g.ml -1 électronégativités : H : 2,2 ; C : 2,5 ; Cl : 3,2 ; O : 3,4 masses molaires atomiques (en g.mol-1) : H : 1,0 ; C : 12,0 ; O : 16,0 ; Cl : 35,5 H C3H7 CH2 O H + l Cl l l l C3H7 CH2 Cl l + H O H l l l