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UE1 Chimie Organique II Dr Baltora Cours n°1

Les alcanes I/ Généralités Formule générale CnH2n+2 et CnH2n pour les composés cycliques. On les trouve dans le pétrole brut, ils sont à la base de toutes les molécules plus élaborées (Pétrochimie à la base de toute l'industrie chimique). A/ Nomenclature On les nomes avec le suffixe -ane, pour plus d'information voir les cours de chimie organique de la première partie. B/ Propriétés physiques Les 4 premiers alcanes (méthane, éthane, propane et butane) sont des gaz. Les alcanes qui ont un nombre de carbones compris entre 5 et 18 sont liquides. Les alcanes qui ont un nombre de carbones supérieur à 18 sont solides. Ils sont formés exclusivement d'atomes de carbone et d'hydrogène relié par des liaisons simples, donc il n'y a pas d'interaction possible entre les molécules. Ils ont donc une température d'ébullition très basse (35°C pour le pentane). De plus du fait de leurs structures très hydrophobes ils sont insoluble dans l'eau, mais très soluble dans les solvants organiques. C/ Structure et réactivité Les alcanes sont formés uniquement de simples liaisons, donc tous les carbones sont hybrides sp3. L'électronégativité : capacité d'un atome à attirer les électrons vers lui. Elle est quasiment équivalente pour le C (2.6) et l'H (2.2) donc les liaisons C-H ne sont pas polarisées. Les composés sont donc très peu réactifs. La longueur de la liaison C-C est de 1.54 A.

Les réactions étudies dans ce cours pour les alcanes seront : - Les halogénations X2 (F2, Cl2, Br2 et I2) - Les oxydations O2

II/ Réactions d'halogénation On restreint l'étude des réactions d'halogénation des alcanes à Br2 et Cl2, car F2 est beaucoup trop réactif, il donne lieu à des réactions violentes de destruction de l'alcane, et I2 n'est pas assez réactif pour donner lieu à une réaction. A/ Halogénation du méthane Nous étudions d'abord le méthane, car c'est le cas le plus simple, les 4 liaisons sont équivalentes.

CH4 + Cl2 → CH3Cl + CH2Cl2 + CHCl3 + CCl4 Cette réaction n'a lieu qu'en présence de lumière. En général en chimie organique on n'équilibre pas les réactions, car nous n'effectuons pas de calcul quantitatif. Tous ces composés sont des solvants très utilisés dans l'industrie. C'est une réaction radicalaire : elle se déroule en 3 étapes (phases). Première étape : phase d'initiation qui consiste à préparer à partir du Cl2 → 2 Cl en cassant la liaison de Cl2 de façon à ce que chaque atome de chlore récupère 1 électron. Les espèces possédant 1 électron célibataire sont très réactives. Deuxième étape : phase de propagation une liaison va être rompue et une nouvelle va être créée .

H3C-H + Cl. → H3C. + H-Cl H3C. + Cl2 → H3CCl + Cl.

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On voit que la réaction est auto entretenue, car on réforme du Cl .

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Troisième étape : phase de terminaison quand on a des CH3 il peut réagir avec d'autre

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CH3 pour donner tout une série de réactions.

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Exemple : H3C + CH3 → H3C-CH3 La réaction de chloration peut ensuite continuer pour former du di, tri puis tétra chlorure de méthane.

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H3CCl + Cl → H2CCl + HCl

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H2CCl + Cl2 → H2CCl2 + Cl

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B/ Halogénation des alcanes supérieurs Le nombre de carbones est supérieur à 1 donc la réaction est plus complexe, car toutes les liaisons ne sont pas équivalentes, il y a des liaisons C-C et des liaisons C-H. Ici on va seulement s'intéresser à la mono halogénation. C3H8 + Cl2 peut former deux composés :

H2CCl-CH2-CH3 ou H3C-CHCl-CH3 A priori d'un point de vue strictement statistique : on devrait obtenir 75% du premier composée et 25% du second. Mais lorsque l'on fait l'expérience on voit que l'on obtient 43% du premier et 57% du second, le produit majoritaire obtenu est le 2 chloro propane. Pour savoir quel composé d'une réaction sera formé majoritairement, il faut regarder la stabilité des intermédiaires formés.

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Or ici H2C -CH2-CH3 est moins stable que H3C-CH -CH3. Ceci est dû au fait que le carbone du second intermédiaire est plus substitué. Un carbone plus substitué est toujours plus stable. Comme on obtient en général des mélanges lors de la chloration des alcanes, industriellement on réserve cette réaction à des alcanes symétriques comme cela on n'a pas de problème de mélanges.

III/ Réactions d'oxydation Elles ont toujours lieu avec des réactifs oxygénés. A/ Oxydation ménagée Oxydation ménagée : cela signifie que l'on ne va pas au terme de la réaction, on s'arrête à une étape précédente.

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Pour que la réaction est lieu il faut d'abord casser la liaison R-H pour obtenir un R , ce type de réaction à leu dans les milieux biologique.

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R + O2 → R-O-O + H-R → R-O-O-H + R

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La réaction est auto entretenue, car on régénère le R . En présence de chaleur, les

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hydroperoxydes (ROOH) se décomposent facilement en RO + HO . B/ Réaction de combustion

CnH2n+2 + (3n+1/2)O2 → nCO2 + (2n+1)H2O La réaction de combustion fait réagir un alcane avec de l'oxygène et aboutit à la destruction complète de l'alcane. Cette réaction est très fortement exothermique, on l'utilise d'ailleurs comme moyen de chauffage....