PROGRESSION DEPUIS LE DEBUT DE L ANNEE SCOLAIRE ONDES 1. Ondes et particules 2. Caractéristiques des ondes 3. Propriétés des ondes ANALYSE CHIMIQUE 4. Analyse spectrale 5. Réaction chimique par échange de proton 6. Contrôle de la qualité par dosage TEMPS, MOUVEMENT ET EVOLUTION 7. Temps et évolution chimique : cinétique et catalyse 8. Cinématique et dynamique newtoniennes 9. Application des lois de Newton et des lois de Kepler 10. Travail et énergie 11. Temps et relativité restreinte SYNTHESE DE MOLECULES ORGANIQUES 12. Représentation spatiale des molécules 13. Transformation en chimie organique : aspect macroscopique 14. Transformation en chimie organique : aspect microscopique 15. Stratégie de synthèse et sélectivité en chimie organique COURS 13_14 : TRANSFORMATION EN CHIMIE ORGANIQUE ASPECTS MACROSCOPIQUE ET MICROSCOPIQUE Compétences exigibles au baccalauréat ASPECT MACROSCOPIQUE Reconnaître les groupes caractéristiques dans les alcools, aldéhydes, cétones, acides carboxyliques, esters, amines et amides. Utiliser le nom systématique d une espèce chimique organique pour en déterminer les groupes caractéristiques et la chaîne carbonée. Distinguer une modification de chaîne 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. ASPECT MICROSCOPIQUE Déterminer la polarisation des liaisons en lien avec l égativité (table fournie) Identifier un site donneur, un site accepteur de doublets d s 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.
L étude des transformations en chimie organique peut être menée à l échelle macroscopique en observant les réactifs et les produits. Une compréhension plus approfondie peut être menée à l échelle microscopique en étudiant les mécanismes de réactions entre les espèces chimiques. I) ASPECT MACROSCOPIQUE 1. MODIFICATION DE LA STRUCTURE D UNE MOLECULE Livre hachette à partir de la page 285 Pour obtenir les matériaux qui nous entourent, les médicaments, les carburants, l industrie chimique doit modifier la structure des molécules dont elle dispose. Pour cela, différents procédés ont été mis au point pour apporter des changements au niveau de la chaîne carbonée ou/et des groupes caractéristiques. 2. CATEGORIES DE REACTION Substitution Dans une réaction de substitution, un atome, ou un groupe d atomes, est remplacé par un autre atome ou groupe d atomes. Addition Dans une réaction d addition, des atomes, ou des groupes d atomes, sont ajoutés de part et d autre d une liaison multiple.
Elimination Dans une réaction d élimination, des atomes ou des groupes d atomes, portés par des atomes adjacents, sont éliminés pour former une liaison multiple. II) ASPECT MICROSCOPIQUE Livre Hachette à partir de la page 306 1. POLARISATION D UNE LIAISON a. liaison covalente Une liaison covalente simple est une mise en commun de deux s de la couche externe entre deux atomes. b. Electronégativité L égativité est une grandeur relative qui traduit l aptitude d un atome A à attirer à lui le doublet d s qui l associe à un autre atome B pour une liaison covalente Dans la classification périodique, l égativité augmente : de la gauche vers la droite au sein d une même ligne du bas vers le haut pour une même colonne. c. La polarisation d une liaison Dans une molécule de dihydrogène, le doublet d s est équitablement réparti entre les deux atomes d hydrogène. La liaison n est pas polarisée. Dans la molécule de chlorure d hydrogène H-Cl, le doublet d s n est pas équitablement partagé. La liaison est polarisée. ou consulter la classification périodique du livre Hachette
L atome de chlore Cl plus égatif attire vers lui les s de la liaison. Il en découle l apparition d une charge électrique positive de q = + 2,8 x 10-20 C sur l atome d hydrogène et à l opposé d une charge électrique négative de valeur q = -2,8 x 10-20 C sur l atome de chlore. La charge électrique q est inférieure à la charge élémentaire e = + 1,6 x 10-19 C., =, =0,18 ainsi q = 0,18 e que l on note q = δ e. On parlera de charge partielle. Une liaison entre deux atomes est polarisée si les égativités des deux atomes sont différentes. L atome le plus égatif se verra attribuer une charge partielle négative δ - et l atome le moins égatif une charge partielle positive δ +. Remarque : Les égativités des atomes de carbone et d hydrogène étant proches, les liaisons C-H sont considérées comme non polarisées. 2. SITES DONNEURS ET ACCEPTEURS DE DOUBLETS D ELECTRONS Un site accepteur de doublets d s est un atome porteur d une charge électrique positive partielle notée δ + ou totale notée +. Un site donneur de doublets d s est, suivant les cas : Un atome porteur d une charge électrique négative (partielle notée δ - ou totale notée -) Un atome porteur d un doublet non liant Une liaison multiple
3. COMMENT INTERAGISSENT LES SITES DONNEUR ET ACCEPTEUR DE DOUBLETS D ELECTRONS? a. Mécanisme réactionnel et mouvement de doublet d s Lors d une transformation, le passage des réactifs aux produits peut nécessiter à l échelle microscopique plusieurs étapes appelées mécanisme réactionnel. A chaque étape du mécanisme réactionnel correspond des mouvements de doublets d's traduisant la formation ou la rupture de liaisons. Un mouvement de doublet d's est représenté par une flèche courbe en suivant les règles suivantes : Lors de la formation d une liaison covalente, les s du doublet vont du site donneur vers le site accepteur. Ce déplacement se représente à l aide d une flèche courbe partant du site donneur vers le site accepteur de doublet. Lors de la rupture d une liaison covalente, les s de la liaison rompue vont vers l atome le plus égatif. Ce mouvement se représente à l aide d une flèche courbe allant de la liaison rompue vers l atome le plus égatif.
b. Etude d un exemple de mécanisme réactionnel La réaction entre l éthanol et le chlorure d hydrogène H-Cl conduit au chloroéthane et à l eau. Le mécanisme réactionnel comporte deux étapes : Pour chaque étape : Identifier les liaisons formées et rompues Les sites donneurs et accepteurs de doublets d s Représenter par des flèches courbes les mouvements des doublets d s. Solution : Pour étudier d autres mécanismes réactionnels, cliquez sur le lien suivant : http://pc-adm.al.lu/chemistry/stuff1/ex1/mecanisme.html
ANNEXE NOMENCLATURE DES MOLECULES COMPORTANT PLUSIEURS FONCTIONS Il existe des molécules comportant plusieurs fonctions. Pour les nommer, on repère d abord ses groupes caractéristiques et leur ordre de priorité selon une priorité arbitraire définie. On cherche la chaîne carbonée la plus longue et contenant le groupe caractéristique prioritaire. Les autres groupes caractéristiques sont désignés par des préfixes tels que: Exemple 1 : Exemple 2 :
Exemple 3 : L indice de position du groupe OH prioritaire sur l insaturation doit être le plus faible. pent-4-èn-2-ol Exemple 4 :
REPRESENTATION DE LEWIS Informations : Structure en duet, structure en octet Un atome ou un ion qui a deux s sur sa couche externe K a une structure en duet. Un atome ou un ion qui a huit s sur sa couche externe a une structure en octet. Règles du duet et de l octet : Pour Z 18, les atomes qui n ont pas la structure en duet ou en octet captent, cèdent ou mettent en commun des s pour l acquérir. LA LIAISON CHIMIQUE : MODELE DE LEWIS 1) Principes de base du modèle de Lewis Enoncé n 1 - Le modèle de Lewis ne s intéresse qu aux s périphériques des atomes, c est-à-dire aux s de la dernière couche ique de chaque atome. Enoncé n 2 - Dans une molécule, les atomes sont liés par des liaisons chimiques covalentes. 2) Définition de la liaison chimique covalente Deux atomes liés par une liaison chimique covalente mettent en commun 1 chacun. Ces deux s mis en commun sont localisés entre les deux atomes ; on représente ces 2 s par un trait entre les symboles des 2 atomes. 3) Nombre de liaisons covalentes établies par un atome. Le nombre de liaisons covalentes que peut former un atome est égal au nombre d's qu'il doit acquérir pour saturer sa couche externe à un octet d's (ou un duet pour l'atome d'hydrogène). 4) Doublet non liant et doublet liant Dans les molécules habituelles, tous les s sont groupés par paires. Quand une paire d s constitue une liaison chimique covalente, c est un doublet liant, sinon, c est un doublet non liant. On convient de représenter un doublet d s par un trait. Un doublet liant, c est-à-dire une liaison chimique covalente est donc représentée par un trait entre les symboles de 2 atomes, et un doublet non liant est représenté par un trait à côté du symbole d un atome.
EXPLICATION SUR LA REPARTITION DES ELECTRONS DE LA COUCHE EXTERNE (s périphériques) Pour les cas relevant de la règle de l octet, les s de la couche externe se répartissent dans les cases du tableau à 8 cases en suivant l ordre figurant sur le schéma ci-contre : (Le passage à la seconde ligne est possible à condition que la première soit complète) Exemple de répartition dans le cas où la couche externe comporte 3 s. Exemple de répartition dans le cas où la couche externe comporte 5 s. Il est ensuite possible, à partir du tableau, d établir les nombres de liaisons covalentes et de doublets non liants en suivant les règles suivantes : Exemple : A partir de la répartition suivante, il est possible de dénombrer 1 doublet non liant et deux liaisons covalentes.
Elément chimique Nombre d (s) Structure ique carbone 6 (K) 2 (L) 4 Répartition des s de la couche externe Nombre de liaison(s) covalente(s) 4 0 Nombre de doublet(s) non liant(s) Représentation de Lewis d espèces chimiques contenant l élément étudié La couche externe K comporte 4 s Dans le cas où l atome perd 1 (K) 2 (L) 3 3 0 Le signe + indique que l atome de carbone a perdu un oxygène 8 (K) 2 (L) 6 2 2 Dans le cas où l atome gagne 1 Dans le cas où l atome perd 1 (K) 2 (L) 7 1 3 Le signe - indique que l atome d oxygène a gagné un (K) 2 (L) 5 3 1 Le signe + indique que l atome d oxygène a perdu un
Elément chimique Nombre d (s) Structure ique Répartition des s de la couche externe Nombre de liaison(s) covalente(s) azote (K) 2 (L) 5 3 1 Nombre de doublet(s) non liant(s) Représentation de lewis d espèces chimiques contenant l élément étudié Dans le cas où l atome perd 1 (K) 2 (L) 4 4 0 Le signe + indique que l atome d azote a perdu un hydrogène 1 (K) 1 1 0 Dans le cas où l atome perd 1 (K) 0 0 0 Le signe + indique que l atome d hydrogène a perdu un
Elément chimique Nombre d (s) Structure ique Répartition des s de la couche externe Nombre de liaison(s) covalente(s) chlore 17 (K) 2 (L) 8 (M) 7 1 3 Nombre de doublet(s) non liant(s) Représentation de lewis d espèces chimiques contenant l élément étudié Dans le cas où l atome gagne 1 (K) 2 (L) 8 0 4 Le signe + indique que l atome de chlore a gagné un Il en sera de même pour les éléments situés dans la même colonne de la classification périodique (famille chimique des halogènes) : fluor, brome, iode