Chapitre 3 Les Alcanes Référence CAPITRE 2 Introduction Alcanes : C-C simples (sigma) Alcènes C-C double (pi) Alcynes C-C double double (2pi) Cycloalcanes En fond: Marée noire et pétrole 1
Alcanes non ramifiés Ceux qui sont en ligne droite Les carbones sont liés au max: 2 autres atomes de carbone Exemple: Alcanes Ramifiés Ceux qui ont des embranchements Les carbones n ont pas deux liens max Isomères de constitution Isomères (encore) Même formule Embranchements différents Etenplus: Propriétés physiques différentes C 6 14 P.f.: -95 o C P.f.: -128.8 o C 2
IUPAC Avant de savoir voler: Savoir marcher Apprendre à nommer les molécules Pourquoi: Identification Chaque molécule a un nom propre Facilitant les échanges Alcanes Identification de la chaîne principale: 1 Méthane 11 Undecane 2 Éthane 12 Dodécane 3 Propane 13 Tridécane 4 Butane 14 Tétradécane 5 Pentane 15 Pentadécane 6 exane 16 exadécane 7 eptane 17 eptadécane 8 Octane 18 Octadécane 9 Nonane 19 Nonadécane 10 Décane 20 Icosane Si substituant Il arrive que molécule: Aliphatiques Il arrive aussi Ramifiées Quand on a un substituant alcane: On remplace le suffixe ane par yle Par exemple methane devient methyle 3
Exemple Régles de la IUPAC En premier, on fait la plus longue chaîne Pas nécessairement linéaire! Partie 2 - Numérotation Il faut maintenant numéroter On part d un bout vers l autre Mais la numérotation dépend: Chaîne principale i Substituants 1 3 5 7 2 4 6 4
Partie 3 - Substituant Indice de position du substituant Ou se trouve-il sur la chaîne principale Attention! Le chiffre le plus petit possible! 71 62 53 4 53 62 71 Partie 4 - Substituants C est bien lorsque 1 substituant Mais que faire quand 2 Même chose Numérotation la plus basse possible Si substituants différents: Alphabétiquement Partie 5 Même C Il arrive que nous avons 2 substituants Les 2 sur le même carbone Répéter la position en question 5
Partie 6 - Identiques Si nous avons plus d un subs. Mais qu ils sont identiques On doit donner leur position Mais onutilise les préfixes: Di Tri Tetra Etc Nomenclature spéciale Certains groupements: Noms communs spéciaux Ils sont restés dans la IUPAC Car facilitent les choses Vous devez les apprendre Mais ce n est pas si compliqué Voyons voir Méthyl Aucune variation Éthyl Non plus Propyl Propyl normal Isopropyl Butyl Butyl normal Sec-butyle Isobutyles Tert-butyle 6
Schématisation R R R R R R Pentane Seulement un a du sens Néopentane Mais un peu moins employé R Classification des On classifie les atomes d : En fonction des C où ils sont Si le carbone est primaire ydrogène le sera aussi Si le carbone secondaire ydrogène secondaire Si le carbone tertiaire ydrogène tertiaire 7
alogénoalcanes On emploie les préfixes: Fluoro Bromo Iodo Chloro Si autre substituant (alcanes-halogènes) Ordre alphabétique prévaut Schématisation Nomenclature des alcools On emploie le suffixe ol On lui donne le plus petit numéro Il prime sur: alogènes Alcanes Si plusieurs f(x) alcool Di, tri, tetra, penta, etc 8
Cycloalcanes Onajoutelepréfixe: Cyclo On numérote par la suite normalement En respectant l ordre alphabétique Si plusieurs substituants: La plus petite numérotation possible Bicyclo On parle de deux cycle fusionnés Par ce que l on appelle pont Un peu plus complexe ici Alors voyons voir par une image Comment les nommer On compte le nombre de carbone On ajoute le préfixe bicyclo Et entre accollades [x.x.x] Carbones de part et d autre du pont Ordre décroissant dans accollade N oubliez pas Parter du carbone tertiaire 9
Nomenclature des alcènes On chagera le suffixe ane Pour un suffixe ène On numérote autrement: Double doit avoir le + petit chiffre Numérotation normale pour le reste Même si peu avantageuse Nomenclature des alcynes On remplace le suffixe ane Par le suffixe yne On s assure + petit chiffre pour la triple Même au dépend de la double Pour les suffixe aussi On respecte l ordre alphabétique Analyse conformationnelle Projection 3D Permet de comprendre les orientations Formule de Newman Très efficace Compréhension des graphs d nrj On trouve les plus stables En f(x) de l énergie potentielle 10
Cycloalcanes Structures bien importantes Les plus simples: Cyclopropane Cyclobutane On sait que sp 3 pousse à 109,5 o Mais les contraintes sur ces cycles Obligent des angles de 60 o et 90 o Cyclopentane Un peu moins de tension Angle normal du polygone: 108 o Pour acquérir un peu plus d espace Orientation d un C hors du plan Conformation dite: Enveloppe Schématisation 11
Cyclohexane Il existe deux conformations majeures: Chaise Bateau La conformation chaise est la plus stable C est sur elle que nous nous attarderons Équatorial et axial Si on regarde la chaise en 3D On voir une orientation spéciale de En fait il y en a deux: Équatoriale Axiale Les deux ont un impact Sur l orientation finale de la molécule Schématisation Axial Équatorial 12
Interactions Les groupements axiaux sont très près Il se repoussent En équatorial: Pas de problème Orientés vers l extérieur N interagissent avec personne Ceci influencera l allure d une molécule Isomérie cis-trans Les cycles sont rigides Quand un susbtituant placé Il ne peut tourner librement Ceci donne lieu à: Isomérie cis et trans Quand les 2 du même côté Cis Quand les deux à l inverse Trans Schématisation Trans Cis 13
Pour cyclohexane Semblable à un petit point près Mais il faut tenir compte: Équatorial Ail Axial Influencera la stabilité d une molécule Si elle peut placer tout en équatorial: Molécule plus stable Schématisation Trans-1,4-dimethylcyclohexane Cis-1,4-dimethylcyclohexane Rxn des alcanes Nous en verrons 2 ici: ydrogénation Réduction des halogénoalcanes Alkylation Nous les reverrons plus tard Mais avec plus de détails Pour l instant: Le concepte! 14
ydrogénation Votre première vraie réaction Nous permet de prendre: Alcènes Alcynes Et de les transformer: Alcanes On les sature On les réduit Rxn générale On fait réagir: Alcènes Alcynes Avec: hydrogène gazeux Catalyse métallique (Pt, Pd ou Ni) Pour l instant, seule la rxn générale Schématisation Pt, Pd ou Ni C 3 + Solvant, Pression C 3 + + Pt Solvant, Pression C 3 C 3 15
Réduction des halogénoalcanes Enlever l halogène Pas toujours évident Rappelez vous de cette rxn Elle vous sera utile promis! On prend un halogénoalcane: Milieu Acide Présence de Zn métallique Alkylation des alcynes Proton des alcynes: Relativement acide Onpourra s en servir comme Nu Pour faire une rxn Sn 2 On verra la mécanique plus tard Pour l instant, on se contente de l équation Le pétrole Le pétrole mélange Contient une multitude composés: de souffre d oxygène d azote Doit être raffiné Pour les moteurs 16
Le pétrole Gaz naturel Essence Kérosène Diesel Lubrifiants Goudron et asphalte Élément chauffant Propriétés physiques Gasoline (C 4 àc 12, p.é. 20-200 o C) Kérosène (C 10 àc 14, p.é. 200-275 o C) Diesel (C 14 à C 18, p.é. 275-350 o C) uiles lubrifiantes (C 16 àc 20, p.é.>350 o C) Résidus: point d ébullition très élevés. Knocking Essence : pas d octane pur Indice d octane. Indice haut: moins de knocking Knocking mixture air-gasoline dans le piston explose avant que la bougie ne l allume. 17
Avec ou sans plomb Comment l augmenter? insérer un plus grand nombre substitués. Une autre façon : tetraéthylet deplomb comme additif. Plomb est interdit Mais pas avant Eexplique avec ou sans plomb Que fait-on maintenant Tétraéthyle de plomb Interdit pour l essence Toujours dans le kérosène Comment contrer Autre molécule: MTBE (methyl-tert-butyléther). Tétraéthyle de plomb MTBE 18
Meilleure combustion MTBE: Pas de Pb Rajoute un peu d oxygène Autre problème du MTBE: pas très toxique très difficilement biodégradable. Alors selon vous Pourquoi le diésel est-il moins cher que la gasoline? Lequel des deux est plus polluant et pourquoi? Quel est l avantage d un moteur à l hydrogène par rapport à un moteur classique? Problèmes suggérés Dans le chapitre 4 4.1 à 4.8, 4.10, 4.12, 4.14, 4.15, 4.19, 4.20, 4.23, 4.29, 4.31, 4.33, 4.35, 4.37, 4.42 19