Remerciez-le!

Remerciez @Admin pour avoir partagé cet document gratuitement, de la manière la plus simple, en partageant sur les réseaux sociaux.

Cours Transformations en chimie organique Les propriétés chimiques/physiques de

Cours Transformations en chimie organique Les propriétés chimiques/physiques des substances chimiques dépend en grande partie de leur structure microscopique (=formule développée spatiale). Les chimistes ont donc besoin de pouvoir créer des molécules de structures voulues. Aucune technique n’existe, qui permettrait d’assembler en quantité industrielle des molécules à partir des atomes isolés. Les chimistes doivent donc toujours partir de molécules déjà disponibles afin de les assembler/modifier. Le carbone est peu abondant dans l'univers, mais concentré dans la matière vivante d'origine animale ou végétale. La chimie est divisée en deux branches : la chimie organique et la chimie minérale. Par définition, les composés organiques contiennent tous du carbone C. De nos jours, la chimie organique est donc la chimie des composés du carbone (mis à part le carbone lui-même, CO, CO2, les carbonates, etc., qui ont tous un caractère minéral). Jusqu'au XIX siècle, la chimie organique étudiait les substances élaborées par les êtres vivants ainsi que les corps résultant de leurs transformations. Leur synthèse semblait impossible, malgré de nombreux efforts. En 1828, Wöhler réussit l'impossible: il synthétisa l'urée. Mais c'est vers le milieu du XIX siècle que ces synthèses se multiplient sous l'impulsion de Marcellin Berthelot. 1 Comment modifier la structure d’une molécule Considérons 2 exemples de réactions chimiques qui impliquent des molécules organiques : ex : fermentation acétique : on passe de l’ethanol à l’acide éthanoïque, il n’y pas de modification de chaîne carbonée ex : lors du passage de l’acide hexane dioïque à la cyclopentanone on observe une de la modification chaine carbonée ainsi que de la fonction caractéristique. 1.1 modification de la chaîne carbonée Voir 1S : après une première étape de distillation (=raffinage) du pétrole où les molécules sont séparées en fonction de leur température d’ébullition, l’industrie pétrochimique effectue d’autres opérations sur les molécules récupérées afin de les transformer : ces étapes sont le craquage/vapocraquage/reformage : lors du craquage et du vapocraquage on brise les molécules les plus longues à l’aide d’un catalyseur ou de vapeur pour obtenir des molécules plus courtes. a)le craquage catalytique L'opération dite de craquage catalytique permet de casser à l'aide d'un catalyseur les grosses molécules d'hydrocarbures. On obtient des molécules plus petites, généralement des alcanes et des alcènes Cette réaction fut brevetée par Eugène Houdry en 1928. Elle s'effectue à 500°C à pression atmosphérique. Des catalyseurs à base de platine-molybdène sont utilisés pour favoriser et accélérer cette réaction de craquage. Les produits obtenus sont donc des molécules plus légères telles que : - des gaz de chauffe ; - de la matière première, par exemple l'éthylène ; - des essences. Cependant ces essences distillées ne sont pas utilisables dans les moteurs sans reformage catalytique préalable. Exemple: écrire la réaction de craquage de l'hexane en propane et propène: CH3-(CH2)4-CH3 -> CH3-CH2 -CH3 + CH3-CH=CH2 b) le vapocraquage Le vapocraquage est un craquage permettant d'obtenir des alcènes en présence de vapeur d'eau. Cette réaction est effectuée à 800 °C, à pression atmosphérique. Ceci permet notamment de produire des alcènes, qui sont principalement à la base de l'industrie des matières plastiques (polyéthylène, polypropylène, etc.). Exemple: écrire la réaction de vapocraquage du butane en éthène et dihydrogène en formule topologique. + H2 2 c) modification de la structure de la chaîne carbonée, reformage Le reformage catalytique permet de modifier la structure d'une chaîne carbonée. Cette réaction s'effectue à température et pression élevées. Intérêt? Les essences produites par craquage catalytique ne sont pas utilisables dans les moteurs sans reformage cataly- tique préalable. Le reformage permet d'obtenir des dérivés benzéniques et du dihydrogène. Exemples de reformage; - l'isomérisation permet de transformer un alcane à chaine linéaire en son isomère de constitution ramifiée. Ecrire la réaction d'isomérisation de l'octane (indice IO = 0) en 2,2,4-triméthylpentane (indice IO = 100) en formule topolo- gique. - la cyclisation permet d'obtenir des cyclanes souvent ramifiés et du dihydrogène. Ecrire la réaction de cyclisation de l'hexane (IO = 0) en méthylcyclopentane ( IO =81). + 2 H2 - la déshydrocyclisation permet d'obtenir des dérivés benzéniques et du dihydrogène. Ecrire la réaction de déshy- drocyclisation de l'hexane en benzène (IO = 107). + 4H2 1.2 modification du groupe caractéristique en 1S les exemples de réactions d’oxydation/réduction étudiées sur les alcools/aldéhydes/cétones/… étaient des exemples de transformations permettant de passer d’une fonction caractéristiques à une autre. 1.3 Grandes catégories de réactions chimiques 1.3.1 réaction de substitution Dans cette catégorie de réaction un groupe d’atome porté par un carbone (ex un hydrogène) est remplacé par un autre groupe d’atome. ce qui pourrait se représenter par : substituant + R-groupe -> R-substituant + groupe exemple : Réaction du dichlore sur le méthane Dans la synthèse de l’aspirine on remplace un OH de l’acide salicylique par l’ion éthanoate CH4 + Cl2 → CH3Cl + HCl CH3 Cl : monochlorométhane. CH3Cl + Cl2 → CH2Cl2 + HCl CH2Cl2 : dichlorométhane. CH2Cl2 + Cl2 → CHCl3 + HCl CHCl3 : trichlorométhane (chloroforme) CHCl3 + Cl2 → CCl4 + HCl CCl4 : tétrachlorométhane. 1.3.2 réaction d’addition Dans cette famille de réaction une molécule, possédant au moins 1 liaison multiple ou un doublet non liant, réagit avec une autre molécule en formant 2 nouvelles liaisons simples et en perdant une liaison multiple ou un doublet non liant. Le produit contient alors l’ensemble des atomes des 2 réactifs. Hydratation des alcènes : ex ; L’hydratation de l’ethene en ethanol : H2C=CH2 + H2O -> H3C-CH2OH 1.3.3 réactions d’élimination Dans cette famille de réaction 2 groupes d’atomes se détachent (sont éliminés) de la molécule d’intérêt. On voit alors apparaître une ou des liaisons doubles (ou multiples). exemple de réaction d’élimination 2 interprétation des transformations chimiques Les transformations chimiques employées en chimie organique impliquent des créations/destructions de liaisons covalentes entres atomes ou des modifications de l’environnement des atomes : il s’agit donc en réalité à chaque fois d’un réarrangement des doublets d’électrons dans les molécules. 2.1 polarisation des liaisons Selon leur position dans la classification périodique les atomes ont tous une tendance plus ou moins forte à attirer à eux les électrons des liaisons covalentes qu’ils forment. C’est ce que l’on nomme l’électronégativité. évolution de l’électronégativité dans la classification périodique. C’est une grandeur sans dimension noté avec la lettre grecque χ (« khi ») de valeur toujours >0. Dans les liaisons c’est l’atome dont l’électronégativité est la plus élevée qui attire le plus à lui les électrons. Il prend alors une charge partielle négative d’autant plus grande que la différence d’électronégativité est forte avec l’autre élément auquel il est lié. remarque (voir classe de seconde) : on constate que les éléments ayant tendance à former des cations au début de chaque période (qui perdent des électrons pour ressembler aux gaz nobles) sont globalement peu électronégatifs alors que χ augmente sur une période quand on se rapproche des gaz nobles. exercice : indiquer les charges partielles dans les molécules suivantes en vous aidant du tableau des électronégativités : H-OCH2CH3 BrMg-CH2CH3 HO-CH2CH3 C-OH C-Cl C=O 2.2 site donneur /accepteur de doublet . Les « sites » riches en électrons (=susceptibles d’en donner) dans une molécule sont les liaisons multiples ainsi que les atomes porteurs de doublets non liant (en particulier s’ils sont négatifs (repousse les électrons négatifs aussi)). ex : dans la molécule d’eau les liaisons OH sont polarisées (O est légèrement négatif) et l’oxygène porte 2 doublets non liants (qu’on peut imaginer repoussés par la charge négative de O), ces doublets vont avoir tendance à s’éloigner de O pour être donnés. A l’inverse, dans les molécules, les atomes ou sites pauvres en électrons où portant des charges positives vont avoir tendance à attirer à eux les doublets d’électrons. Ce sont des sites accepteurs. ce sera le cas par exemple de tous les atomes porteurs de charges partielles positives dans les liaisons polarisées vues au paragraphe précédent. 2.3 transfert de doublet d’électrons En chimie organique on peut interpréter beaucoup de transformation par la formation de nouvelles liaisons covalentes lorsque qu’un doublet d’électron passe d’un site donneur à un site accepteur de doublet. Pour déterminer le schéma réactionnel d’une transformation on commencera alors à identifier les sites donneurs/accepteurs sur les réactifs. On déterminera ensuite quels sites doivent échanger des doublets pour pouvoir expliquer la réaction chimique étudiée. Ce transfert de doublet est symbolisé par une flèche reliant le doublet d’électrons du site donneur au site accepteur d’électron. 2.3.a liaison covalente polarisée Les liaisons polarisées sont en quelque sorte « fragilisées »/ « déséquilibrée » et peuvent se rompre. Représenter les déplacements de doublet permettant d’interpréter la réaction suivante : lors de la rupture de liaisons, les doublets d’électron peuvent soit : _servir à former une nouvelle liaison s’ils vont « s’attacher » à un autre site accepteur. _être récupérer par l’atome de la liaison le plus électronégatif et former un doublet non liant. (cas du brome à gauche). 3.2.b autres cas Certains atomes manquent d’électrons afin de satisfaire à la règle du duet ou de l’octet. Le manque d’un doublet d’électrons autour d’un atome se nomme une lacune, et est représenté par un petit rectangle (espace vacant) à côté de uploads/Finance/ cours-transformations-en-chimie-organique.pdf