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Les grandes classes de réactions organiques-Filière SMC-S6 (Responsable A. Alag

Les grandes classes de réactions organiques-Filière SMC-S6 (Responsable A. Alagui) 1 Chapitre I Effets du solvant en chimie organique Les grandes classes de réactions organiques-Filière SMC-S6 (Responsable A. Alagui) 2 I-1 Généralités sur les solvants Le solvant est un liquide qui permet de dissoudre les substances appelées «solutés» pour constituer une phase homogène : solution et favoriser le contact entre les réactifs. La dissolution d’un soluté met en jeu plusieurs phénomènes physico-chimiques qui vont dépendre de la nature du soluté et celle du solvant. Elle permet aux molécules du soluté de s’insérer parmi celles de solvant grâce aux interactions qui peuvent s’établir entre le soluté et le solvant. Quelques définitions  Une Solution est une phase liquide homogène contenant au moins deux substances (le solvant et le soluté).  Le solvant est le liquide utilisé pour dissoudre le soluté. Il est le constituant présent dans des proportions très majoritaires.  Le soluté désigne toute substance qui peut être dissoute dans le solvant. Utilisation des solvants en chimie organique  Synthèse organique : Le solvant constitue le milieu dans lequel se déroule une réaction chimique. Il permet de dissoudre les réactifs et les mettre en contact pour faciliter la réaction.  Techniques de séparation : Plusieurs techniques de séparation nécessitent l’utilisation d’un solvant (Extraction liquide-liquide, cristallisation, entrainement à la vapeur…)  Techniques de purification : Les solvants sont usuellement utilisés dans de nombreuses techniques de purification des composés organiques : chromatographie sur colonne, chromatographie sur couche mince, HPLC, recristallisation… Le solvant joue un rôle primordial dans le déroulement des réactions en chimie organique grâce à sa capacité de solvater les réactifs et des intermédiaires de réaction favorisant ainsi le déroulement de la réaction chimique. La vitesse de la réaction est influencée par la polarité du solvant. Les grandes classes de réactions organiques-Filière SMC-S6 (Responsable A. Alagui) 3 Exemple : Effet de la polarité du solvant sur la réaction d’hydrolyse du chlorure de tertiobutyle dans laquelle on observe une corrélation entre la constante diélectrique r du solvant et la constante de vitesse de la réaction L’hydrolyse du chlorure de tertiobutyle est beaucoup plus rapide dans un solvant protique (comme l’eau) qui accélère la réaction SN1 en stabilisant les intermédiaires réactionnels (état de transition) La réaction est plus rapide dans le solvant 2, plus polaire que le solvant1 Le terme solvant polaire est employé en chimie organique pour spécifier qu’il est apte à solubiliser les solutés ioniques ou les molécules possédant des groupements polaires. Une molécule est dite polaire si elle possède un moment dipolaire permanent (dipôle). La polarité est due à la différence d’électronégativité autour d’un atome qui conduit à la présence d’un moment dipolaire permanant s .  Un solvant polaire possède un moment dipolaire. Dans le cas contraire, il est dit apolaire.  Un solvant protique est capable de former une liaison hydrogène. Dans le cas contraire, il est dit aprotique. On classe les solvants en fonction de leur polarité, leur capacité d’établir des liaisons hydrogène (solvants protiques ou protogènes), leur pouvoir dissociant, leur polarisabilité et leur basicité au sens de Lewis. On distingue : Solvant Ethanol Méthanol Acide formique Eau K1 1 9 12 200 335 000 r 24,5 32,7 58 78,5 Les grandes classes de réactions organiques-Filière SMC-S6 (Responsable A. Alagui) 4  Les solvants apolaires : Ce sont des solvants qui ne possèdent pas de moment dipolaire permanent. Par exemple, le benzène, les hydrocarbures, alcanes ramifiés ou linéaires, alcanes cycliques, alcènes, etc.  Les solvants polaires sont séparés en deux classes : protiques et aprotiques : o Les solvants polaires protiques, appelés aussi solvants protogènes, ont une constante diélectrique généralement élevée et possèdent un ou plusieurs atomes d'hydrogène liés à des groupes électronégatifs, capables de former des liaisons hydrogènes. Parmi ces solvants, on trouve, l'eau, le méthanol, l'éthanol, etc.  Les solvants polaires aprotiques sont dépourvus d'atomes d'hydrogène labiles susceptibles de former des liaisons hydrogènes. Ils possèdent un moment dipolaire non nul. Par exemple : DSMO, acétonitrile, DMF, acétone… Les solvants organiques appartiennent à trois types de familles chimiques : o Les solvants de la famille des hydrocarbures : Les hydrocarbures aliphatiques (Alcanes, alcènes…), les hydrocarbures aromatiques (Benzène, toluène, xylène…) o Les solvants oxygénés : Les alcools (éthanol, méthanol), les cétones (Acétone), les acides carboxyliques (Acide acétique), les esters (Acétate d’éthyle), les éthers (éther éthylique, éther de glycol), autres solvants oxygénés (DMF, DMSO, HMPT) o Les solvants halogénés : Les hydrocarbures halogénés (fluorés, chlorés, bromés ou iodés), trichloréthylène, dichlorométhane, chloroforme, tétrachlorométhane... Les grandes classes de réactions organiques-Filière SMC-S6 (Responsable A. Alagui) 5 I-2 Classification de solvants selon leurs diverses constantes physiques Le solvant joue un rôle important dans la dissolution d’un soluté. Il peut exercer deux principaux rôles dans la dissolution d’une molécule polaire : ◙ Ionisation : formation d’une paire d’ions ◙ Dissociation ou dispersion : séparation de la paire d’ions Les ions formés peuvent être entourés par les molécules de solvant pour les stabiliser (solvatation)  L’ionisation : Le pouvoir ionisant d’un solvant caractérise sa capacité à ioniser une molécule, c’est-à-dire à polariser les liaisons et faire apparaitre des charges : Si le solvant possède un moment dipolaire permanent , il créé un champ électrique qui va influencer la polarisation de la liaison A-B. Le pouvoir ionisant d’un solvant croit avec l’augmentation de son moment dipolaire .  La dissociation (ou dispersion) : Le caractère dissociant d’un solvant définit son aptitude à séparer des charges. Un solvant qui possède une constante diélectrique r élevée exerce un effet dissociant important (séparer la paire d’ions). Le caractère dissociant d’un solvant croit avec l’augmentation de sa constante diélectrique r. La solvatation C’est le processus au cours duquel les molécules de soluté (molécules, ions) s’entourent de molécules du solvant. Ces solutés se dispersent dans la solution et interagissent avec le solvant par des forces électrostatiques (de type ion-dipôle avec le solvant) et/ou des liaisons hydrogène. Exemple : Dissolution du composé ionique NaCl dans l’eau. Le cristal NaCl se dissout instantanément dans l'eau, en formant quantitativement des ions Na+ et Cl- Les grandes classes de réactions organiques-Filière SMC-S6 (Responsable A. Alagui) 6 Les solvants sont classés à partir de deux paramètres importants qui sont la constante diélectrique (ε) et le moment dipolaire (μ)  Le moment dipolaire () indique la capacité d’un solvant à ioniser une liaison et à former une paire d’ions.  La constante diélectrique (r) indique la capacité d’un solvant à séparer les charges. o Si r <15, le solvant est peu dissociant o Si r > 40, le solvant est très dissociant Moment dipolaire Une molécule est formée d’un ensemble d’atomes reliés entre eux par des liaisons chimiques. Lorsque la liaison unit deux atomes A et B d’électronégativités différentes (A < B ), la densité électronique est déplacée vers l’atome le plus électronégatif, ce qui conduit à l’apparition des charges partielles A+e et B-e. Le barycentre des charges partielles positives ne coïncide pas avec celui des charges partielles négatives. La polarisation de la liaison donne naissance à un dipôle électrique caractérisé par un moment dipolaire  orienté de la charge partielle -  vers la charge partielle + : Un dipôle électrique est un ensemble constitué de deux charges opposées, séparées par une la distance d. Le moment dipolaire est un vecteur, exprimé en unité de charge multipliée par la distance (q est la charge électrique en Coulomb et d la distance entre les deux charges en mètre). L’unité du moment dipolaire est le Coulomb-Mètre (C.m). On utilise souvent comme unité le debye (symbole D) qui est bien adaptée aux valeurs mesurées dans les molécules : 1 D = 3.336 .10-30 C .m. Le moment dipolaire d’une molécule est la somme vectorielle des moments dipolaire des différentes liaisons : Na+ Cl- Les grandes classes de réactions organiques-Filière SMC-S6 (Responsable A. Alagui) 7 Quelques exemples de molécules polaires et apolaires Le tétrachlorométhane est un solvant apolaire du fait de la symétrie des quatre liaisons avec le carbone. Le barycentre des charges positives coïncide avec celui des charges partielles négatives. Dans le cas d’une molécule ayant plusieurs liaisons polarisées, on fait la somme vectorielle de tous les moments dipolaires des liaisons pour déterminer le moment dipolaire de la molécule. Si le solvant possède un moment dipolaire important, il crée un champ électrique qui va influencer l’ionisation de la liaison A-B jusqu’à sa rupture ionique (augmentation du pouvoir ionisant). Les grandes classes de réactions organiques-Filière SMC-S6 (Responsable A. Alagui) 8 Moment dipolaire de quelques molécules molécule moment dipolaire en debye polarité H2O 1.85 polaire HCl 1.03 polaire C6H6 0 apolaire CCl4 0 apolaire Lire la dissertation complète Constante diélectrique La constante diélectrique caractérise la permittivité du solvant qui est une propriété qui détermine l’intensité du champ électrique qui génère une charge dans un milieu donné (définit le facteur de transmission des forces électriques). Loi de coulomb La loi de Coulomb permet de décrire l’interaction de deux objets ponctuels A et B portant les charges qA et qB et séparés par une distance r. Si les deux charges sont de uploads/Finance/ chap-i.pdf