Chimie cours 1STLA I/ Formule générale : Les Alcènes Les hydrocarbures non cyclique insaturés, de formule générale, sont des ALCENES. 22-juin-10 II/ Nomenclature : La nomenclature des alcènes dérive de celle des alcanes. Alcènes à chaîne carbonée linéaire : Le premier alcène porte un nom consacré par l usage: est l éthylène. Les alcènes suivants ( 3 ) ont un nom systématique : La chaîne carbonée est numérotée de sorte à attribuer au 1 er carbone doublement lié un numéro le plus petit possible. La terminaison «ane» de l alcane correspondant est remplacée par la terminaison «ène» précédée de l indice de position de la double liaison. n=3 propène n=4 But-1-ène But-2-ène Les alcènes à chaîne ramifiée : La chaîne principale est la chaîne carbonée la plus longue contenant la double liaison C=C. C est donc elle qui fixe le nom de l alcène, selon les règles des alcènes linéaires. La numérotation des carbones portant éventuellement une ramification est alors automatiquement définie. Le nom de l alcène est alors obtenu en respectant l ordre suivant : - n de position du (ou des) substituants. - un tiret. - nom du groupe alkyle (sans le «e» final). - nom de l alcène sans la terminaison «ène»attaché au nom du groupe alkyle. - un tiret. - indice de position de la double liaison. - un tiret. - terminaison «ène». - si stéréoisomérie Z/E, le nom est précédé de (Z)- ou (E)-.(voir chapitre stéréoisomérie dans ce document)) 2-méthylprop-1-ène 4,4-diméthylpent-2-ène 3-éthyl-2-propylpent-1-ène III/ Géométrie des alcènes : Toutes les liaisons du groupement sont dans un même plan. Du fait de la double liaison, ces deux atomes de carbones ne peuvent pas tourner l un par rapport à l autre comme dans des liaisons simples. En conséquence, si chaque atome de carbone de la double liaison porte des atomes ou groupes d atome différents, il peut exister deux stéréoisomères. Les alcènes 3.docx Page 1 sur 6
A B Ces deux molécules ne sont pas superposable et ne sont pas l image l une de l autre : on parle de diastéréoisomère. Nomenclature : Dans la molécule A, les deux groupes méthyle sont de part et d autre de l axe de la liaison C=C (on dit en position «trans»). Il s agit de l isomère E (de l allemand entgegen : opposé ) A : (E)-but-2-ène Dans la molécule B, les deux groupes méthyle sont du même coté de l axe de la liaison C=C (on dit en position «cis»). Il s agit de l isomère Z (de l allemand zusammen : ensemble ) B : (Z)-but-2-ène IV / Caractères physiques : Les alcènes possédant jusqu'à 4 atomes de carbone sont gazeux dans les conditions ordinaires. Les suivants sont liquides et leur point de fusion augmente avec leur masse molaire. Les plus lourds sont solides. Les alcènes sont insolubles dans l eau mais solubles dans les hydrocarbures. V / Réactivité : A la différence des alcanes, les alcènes possèdent un site très réactif : la double liaison. Le caractère principal de la double liaison est d être insaturée. Les alcènes donnent des réactions d addition par ouverture de la liaison (cette liaison est plus facile à «casser» que la liaison σ C-C). D autre part, une double liaison est un site de forte densité électronique ou se trouve des électrons faiblement liés aux noyaux. Cela permet à des réactifs électrophiles «d attaquer» ce site. Enfin, la double liaison constitue un point vulnérable de l enchainement carboné. Certaines réactions entrainent la coupure entre les deux carbones. Réaction d addition Le schéma général des réactions d additions sur une liaison éthylénique est figuré par : Lors d une réaction d addition, il y a rupture de la liaison π de l alcène. Hydrogénation : Cette addition se fait en présence d un catalyseur (Nickel, platine finement divisé en phase gazeuse ou liquide). L addition du dihydrogène sur un alcène conduit à l alcane correspondant. Cette réaction présente peu d intérêt pratique. Elle est cependant utilisée pour la fabrication des margarines (graisse obtenue par hydrogénation d huile ou de graisses insaturées). Cela augmente la température de fusion et cela permet de conserver les produits plus longtemps. (On limite par exemple l oxydation due à l air) Les alcènes 3.docx Page 2 sur 6
Additions électrophiles : Notions de mécanisme réactionnel : La plupart des réactions d addition sur les doubles liaisons se font en deux étapes : Attaque sur les électrons de la liaison π : La molécule qui s additionne subit une rupture. On obtient deux fragments : un cationique et un anionique. Le fragment cationique se fixe sur le premier carbone éthylénique en se liant sur la liaison π. Liaison du fragment anionique : Le fragment anionique ( :) se lie avrc son doublet libre sur l autre carbone qui possède maintenant une lacune électronique. Addition d halogénure d hydrogène HX : Addition du chlorure d hydrogène HCl Le chlorure d hydrogène se dissocie en et 1 ère étape : 2 nde étape : Application : = + 2-chlorobutane Remarque: si l environnement de la double liaison n est pas symétrique, on peut obtenir deux produits différents Exemple = + 2-chloropropane ou 1-chloropropane En réalité on obtient très majoritairement du 2-chloropropane (réaction régiosélective) Règle Markownikov : Lors de l addition d un composé hydrogéné sur un alcène dissymétrique, l hydrogène se fixe sur le carbone le moins substitué (ou le plus hydrogéné) Les alcènes 3.docx Page 3 sur 6
Addition de l eau : L addition de l eau sur un alcène conduit à un alcool suivant la réaction : Cette réaction a lieu en présence d un catalyseur, en général l acide sulfurique concentré. La règle de Markownikov s applique : l hydrogène se fixe sur le carbone le moins substitué et le groupe sur l autre. A part l addition de l eau sur l éthylène qui conduit à un alcool primaire (l éthanol), toutes les autres conduisent à des alcools secondaires ( le groupe n est pas en bout de chaine) = + Propan-2-ol Addition d un halogène : Les halogènes (,, ) s additionnent sur les alcènes pour donner des dérivés dihalogénés. = + 1,2-dichloropropane Cl2 et Br2 se fixent facilement à froid. Ces réactions sont souvent utilisées pour la caractérisation des doubles liaisons (décoloration de la solution d eau de brome initialement rouge/orangé ) Ces additions sont stéréospécifique : c est une cis-addition. Réactions d oxydations Epoxydation : L action d un peracide R-CO-O-OH sur un alcène conduit à la formation d un époxyde. + + Ethylène peracide époxyéthane Les époxydes sont très réactifs et peuvent être hydrolysés en milieu acide pour donner des glycols. (hydrolyse : coupure d une liaison sous l action de l eau (à ne pas confondre avec l hydratation qui est l addition de l eau.) Ethylène glycol (ou éthane-1,2-diol ) L éthylène glycol est employé en tant qu antigel dans les liquides de refroidissement. Ozonolyse : Cette réaction sert en synthèse organique, pour transformer des alcènes en cétone/aldéhyde/acide carboxylique. L ozone réagit avec la double liaison pour donner un molozonide qui se réarrange en ozonide. Les ozonides sont très instables : Ils peuvent se décomposer spontanément de manière explosive ; Leur hydrolyse produit des composés carbonylés (aldéhydes ou cétones) Les alcènes 3.docx Page 4 sur 6
Exemple d ozonolyse + + molozonide ozonide cétone aldéhyde Polymérisation Une polymérisation est une réaction dans laquelle les molécules se fixent les unes aux autres en grand nombre. polymérisation de l éthylène : L éthylène peut se polymériser en polyéthylène. Monomère polymère Formule :( ) N de 100 à environ 200000 Ethylène Polyéthylène (PE) La masse molaire du polyéthylène peut atteindre plusieurs millions de gramme/mole. Le polyéthylène est le polymère de synthèse le plus employé. L'utilisation la plus visible du polyéthylène est les sacs plastiques. Les polyéthylènes sont classés en fonction de leur densité qui dépend du nombre et de la longueur des ramifications présentes sur les chaînes moléculaires. PE basse densité (LDPE) Ce sont des produits souples : sacs, films, sachets, sacs poubelles, récipients souples (ketchup, crèmes hydratantes...), etc PE haute densité (HDPE) Ce sont des produits rigides : flacons (détergents, cosmétiques...), bouteilles, boîtes type Tupperware, jerricans, etc Le polyéthylène réticulé (PER) Il montre une meilleure tenue thermique que le PE «standart». Il est utilisé pour la fabrication de gaines de câbles, de tubes (plomberie) PE à poids moléculaire On obtient des fibres de performance remarquable : 15 fois plus résistante que «ultra-haut»(uhmwpe) l'acier, la fibre est utilisée pour la protection (casques et gilets pare-balles ), pour les cordages, les filets, les articles de sports, les gants et pantalons de protection. Concurrencée par les fibres aramides (Kevlar) et les fibres de polyamide et de polyester, la fibre de polyéthylène est plus légère pour des performances supérieures. D autres composés peuvent se polymériser comme les dérivés vinylique du type : = n( ) ( ) Polymérisation du chlorure de vinyle : Monomère polymère Formule :( ) n de 700 à 1500 Chlorure de vinyle Polychlorure de Vinyle (PVC) Utilisation : Pvc rigide : tuyau de canalisation, carte format carte de crédit Pvc souple : isolant sur des manches de pinces, revêtement de sols Pvc plastifié utilisé comme film adhésif (palettisation, marquage publicitaire ) film étirable (emballage ) Les alcènes 3.docx Page 5 sur 6
Polymérisation du styrène : Monomère ou polymère Formule : ( ) Styrène Polystyrène (PS) Utilisation : Le polystyrène existe principalement sous deux formes : Le PS dit «cristal» est une matière dure et cassante, pouvant être transparente ou colorée. Le PS expansé est un solide blanc obtenu en injectant un gaz au PS cristal. Les propriétés de ces plastiques sont utilisées dans de nombreux domaines : Résistance aux chocs : Matériel de bureau : Emballage : Logistique : Isolant thermique : Bâtiment : Froid : Grande distribution : Imperméabilité / Nettoyabilité : Alimentaire : Hématologie : PS cristal injecté (règles, équerres ) Protection en PS cristal (Boîtier CD) Calages en PSE - transport de produits fragiles (électroménager, ordinateur, etc...) Matériaux d isolation sous forme expansée. Transport de produits frais ou surgelés - parois en PSE (camions frigorifiques, glacière) Emballage des produits frais Emballage en PS choc (pots de yaourt, crème fraiche), vaisselle à usage unique (Verres et couverts en plastique) matériel en PS cristal (Plaque de laboratoire, flacon) Densité : Nautisme Logistique Flotteurs en PSE (balises, ligne d'eau). Réduire le poids des emballages. VI / Les alcènes à l état naturel Les alcènes sont relativement rares dans la nature. (Le pétrole n en contient pas). On trouve dans la nature dans le règne végétal, des hydrocarbures polyinsaturés ou cycliques. Ocimène : Molécule contenue dans de nombreuses huiles essentielles de plantes et fruits comme le basilic Myrcène : : Molécule contenue dans de nombreuses huiles essentielles de plantes et fruits comme le thym, la mangue Limonène : Pinène Molécule contenue dans de nombreuses huiles essentielles d agrumes (citron, orange ) odeur d'orange caractéristique des agrumes. Il est présent dans la résine de pin et dans de nombreuses plantes, comme la menthe, la lavande, la sauge et le gingembre. β-carotène La double liaison est fréquente dans les composés naturels dont la molécule comporte d autres fonctions (alcools, aldéhydes, acides carboxyliques ) Les alcènes 3.docx Page 6 sur 6