Chimie organique 3

Les Hydrocarbures

• Les carbures sont des composés du carbone sans oxygène.
• Les hydrocarbures sont exclusivement composés de carbone (C) et d'hydrogène (H)
• Ils proviennent du pétrole et du gaz naturel.
• Les hydrocarbures sont divisés en 3 groupes basés sur leurs groupes fonctionnels, qui déterminent leur réactivité.
• Hydrocarbures saturés : Formés uniquement par des liaisons simples(liaison σ), le carbone a une hybridation SP3, également nommés alcanes.
• Hydrocarbures insaturés : Contiennent au moins une liaison multiple (liaison π).
• Hydrocarbures aromatiques : Composés cycliques avec des liaisons insaturées en résonance (alternance cyclique de liaisons σ et π).

Nomenclature des Alcanes

• La nomenclature scientifique d'une molécule organique commence par une racine et se termine par un suffixe (Racine-suffixe).
• Racine : Indique la longueur de la chaîne principale (nombre de carbones).
• Pour une molécule cyclique, la racine est souvent un nom trivial.
• Suffixe : Indique la classe chimique de la molécule, qui dépend du groupe fonctionnel présent.
• Les propriétés physiques (solubilité, température de fusion/ébullition) et chimiques (réactivité) sont similaires entre les molécules ayant le même groupe fonctionnel.
• Alcane : Formé uniquement de liaisons sigma entre C et H, avec la formule brute CnH2n+2.
• Suffixe -ane : Classifie le composé comme un hydrocarbure saturé.
• Racine alc- : Représente une chaîne carbonée de longueur indéfinie, aussi appelée chaîne aliphatique.
• Le pentane a pour formule brute C5H12.

Isomères

• Isomères de constitution (ou de structure) : Molécules avec la même formule brute mais des formules développées différentes.
• Les propriétés physico-chimiques varient (Eb, F, densité, etc.).
• Alcane ramifié : Alcane avec une ou plusieurs chaînes latérales (substituants).
• Alkyle : Nom donné à la chaîne carbonée reliée à la chaîne principale, suffixe -yle.

Règles de nomenclature d'un composé ramifié

• Identifier et nommer la chaîne la plus longue (Exemple: nonane).
• Identifier et nommer les chaînes latérales (substituants), en ajoutant un préfixe (di, tri, tétra...) si plusieurs substituants sont identiques. Le suffixe -ane est remplacé par –yle (Exemple : CH3- = méthyle).
• Indiquer la position de chaque substituant avec un numéro aussi petit que possible avant le nom du substituant (Exemple : 2-méthyle).
• Former le nom de la molécule par ordre alphabétique, séparé par des tirets et terminé par le nom de la chaîne principale (Exemple : 6-éthyl-2-méthylnonane).
• En pratique, le nom de la chaîne principale est écrit en premier, suivi des substituants.

Alcane cyclique

• Alcanes cycliques (cycloalcanes) : Formule brute CnH2n.
• Les alcanes existent aussi sous forme cyclique.
• Suffixe : -ane, Racine : cycloalc.
• Pour nommer un cycloalcane, on compte le nombre de carbones du cycle et on ajoute le préfixe cyclo.
• Les deux cycloalcanes les plus fréquents sont le cyclohexane et le cyclopentane.
• Arrangement des atomes d'hydrogène : H = axial ou H = équatorial
• Pour conserver l'angle à 109°entre C sp3, le cyclohexane est majoritairement sous forme «chaise» où l'éloignement est maximal entre atomes.

Propriétés physico-chimiques

• Les substances apolaires ne sont pas miscibles à l'eau (hydrophobes/lipophiles) car il y a peu de différence d'électronégativité.
• Bas point d'ébullition : Les hydrocarbures avec moins de 5 carbones sont gazeux à température et pression ambiantes.
• Sans odeur jusqu'à n = 4 (ensuite odeur de l'essence), généralement peu toxique (sauf l'hexane).
• Chimiquement inerte car les liaisons sigma entre C-C et C-H sont fortes.
• Ancien nom : paraffines « parum affinis » = sans affinité (n > 20).

Evolution de la température d'ébullition des alcanes à courte chaine

• La température d'ébullition augmente avec la masse.
• Plus la masse est grande, plus il faut de l'énergie pour atteindre la température d'ébullition.
• Le plus petit alcane solide à Pet T ambiantes est une chaine à 17 C (F = 22°C et Eb = 301°C).
• Les alcanes sont des composés stables (paraffines) avec une réactivité limitée, réagissant seulement avec des réactifs énergétiques.
• La substitution est possible, mais seulement si une liaison C-H est cassée.
• L'élimination est extrêmement difficile car deux liaisons C-H doivent être cassées.
• L'addition est impossible car le système saturé

Oxydation complète

• L'oxydation des hydrocarbures est la combustion, résultant en une oxydation maximale du carbone.

Substitution radicalaire : Halogénation

• Mécanisme de la réaction radicalaire : 3 étapes
• Initiation : quelques molécules de Cl2 sont rompues par la lumière en raison d'une faible énergie de liaison, formant des radicaux chlore.
• Propagation : le radical chlore réagit avec le méthane, formant un radical méthyle et du chlorométhane.
• Terminaison : réactions marginales où tous les radicaux formés se croisent.
• Il est possible de produire différentes molécules durant la propagation si du brome (Br2) réagit, catalysé par la lumière sur du méthylbutane (une seule réaction radicalaire par molécule).