Pas de panique ! On part de zéro, mais on va droit au but. Tu vas découvrir le langage des électrons en chimie organique : qui donne, qui reçoit, et comment on trace les flèches pour raconter l'histoire. On commence par un flash éclair sur la structure des molécules, histoire que tout le monde parle la même langue. Ensuite, on attaque les mécanismes avec des exemples simplissimes.
Retour express sur la structure des entités organiques
Un composé organique est construit sur un squelette carboné. Chaque carbone établit 4 liaisons. On reconnaît quelques fonctions clés : alcool –OH, halogénoalcane –X (X = F, Cl, Br, I). La liaison C–X est polarisée Cδ+—Xδ– car l'halogène attire les électrons. C'est cette polarisation qui va déclencher les réactions.
Les trois visages des espèces réactives
Nucléophile : espèce riche en électrons (doublet libre ou liaison π). Il donne des électrons et attaque les sites δ⁺. Exemple : HO⁻, NH₃, alcènes.
Électrophile : espèce pauvre en électrons (lacune, δ⁺). Il accepte des électrons. Exemple : H⁺, BF₃, carbone lié à un halogène.
Radical : espèce possédant un électron célibataire (noté •). Très réactif, formé par rupture homolytique d'une liaison. Exemple : Cl•.
La flèche courbe, GPS des électrons
Une flèche courbe (↷) montre un déplacement d'électrons. Elle part toujours d'un site donneur (doublet, liaison) et pointe vers un site accepteur. Dans l'exemple ci-dessous, HO⁻ attaque le carbone électrophile du bromométhane ; simultanément, la liaison C–Br se rompt et le brome part avec le doublet.
À toi de jouer
1. Pour chaque espèce, complète la phrase en indiquant si elle est nucléophile, électrophile ou radical.
a) $\mathrm{HO}^-$ possède des doublets non liants et une charge négative ; c'est un $\underline{\hspace{1.1em}}$.
b) $\mathrm{BF}_3$ présente une lacune électronique sur le bore ; c'est un $\underline{\hspace{1.1em}}$.
c) $\mathrm{CH_3^+}$ porte une charge positive et une case vacante ; c'est un $\underline{\hspace{1.1em}}$.
a) $\mathrm{HO}^-$ possède des doublets non liants et une charge négative ; c'est un $\underline{\hspace{1.1em}}$.
b) $\mathrm{BF}_3$ présente une lacune électronique sur le bore ; c'est un $\underline{\hspace{1.1em}}$.
c) $\mathrm{CH_3^+}$ porte une charge positive et une case vacante ; c'est un $\underline{\hspace{1.1em}}$.
Corrigé
a) $\mathrm{HO}^-$ est un $\boxed{\text{nucléophile}}$ car il possède des doublets non liants et une charge négative.
b) $\mathrm{BF}_3$ est un $\boxed{\text{électrophile}}$ car le bore possède une lacune électronique (6 électrons de valence).
c) $\mathrm{CH_3^+}$ est un $\boxed{\text{électrophile}}$ car il porte une charge positive et une case vacante.
b) $\mathrm{BF}_3$ est un $\boxed{\text{électrophile}}$ car le bore possède une lacune électronique (6 électrons de valence).
c) $\mathrm{CH_3^+}$ est un $\boxed{\text{électrophile}}$ car il porte une charge positive et une case vacante.
2. On considère la réaction entre l'ion hydroxyde et le bromométhane. Le mécanisme se fait en une étape. Sur le schéma ci-dessous, les flèches courbes sont en pointillés : à toi de les tracer sur ton cahier, puis complète les phrases.
Flèche 1 : du site donneur $\underline{\hspace{1.1em}}$ (le doublet de $\mathrm{HO}^-$) vers le site accepteur $\underline{\hspace{1.1em}}$ (le carbone appauvri en électrons).
Flèche 2 : de la liaison $\underline{\hspace{1.1em}}$ ($\mathrm{C}{-}\mathrm{Br}$) vers l'atome $\underline{\hspace{1.1em}}$ (le brome).
Figure
Flèche 1 : du site donneur $\underline{\hspace{1.1em}}$ (le doublet de $\mathrm{HO}^-$) vers le site accepteur $\underline{\hspace{1.1em}}$ (le carbone appauvri en électrons).
Flèche 2 : de la liaison $\underline{\hspace{1.1em}}$ ($\mathrm{C}{-}\mathrm{Br}$) vers l'atome $\underline{\hspace{1.1em}}$ (le brome).
Figure
Corrigé
Flèche 1 : du donneur $\boxed{\text{doublet non liant}}$ de $\mathrm{HO}^-$ vers l'accepteur $\boxed{\text{carbone }\delta^+}$ de $\mathrm{CH_3Br}$.
Flèche 2 : de la liaison $\boxed{\mathrm{C}{-}\mathrm{Br}}$ vers l'atome $\boxed{\mathrm{Br}}$ qui part en emportant le doublet.
Flèche 2 : de la liaison $\boxed{\mathrm{C}{-}\mathrm{Br}}$ vers l'atome $\boxed{\mathrm{Br}}$ qui part en emportant le doublet.
Ah, tu te remets dans le bain ! Les doublets, les flèches, ça te revient ? On va maintenant organiser tout ça en trois grandes familles de mécanismes et poser la méthode pour concevoir une synthèse. Prends une grande inspiration, et on enchaîne.
Les trois mécanismes incontournables
Substitution Nucléophile (SN2) : une seule étape. Le nucléophile attaque le carbone électrophile par l'arrière, le groupe partant s'en va. Bilan : R–X + Nu⁻ → R–Nu + X⁻. Exemple : $\mathrm{CH_3CH_2Br + HO^- \rightarrow CH_3CH_2OH + Br^-}$.
Addition Électrophile (AE) : réaction sur une double liaison C=C. L'électrophile (souvent H⁺) se fixe sur le carbone le moins substitué, formant le carbocation le plus stable (règle de Markovnikov). Puis le nucléophile s'additionne. Bilan : $\mathrm{RCH=CH_2 + HBr \rightarrow RCHBr–CH_3}$ (produit majoritaire).
Substitution Radicalaire (SR) : en présence de lumière UV, une liaison se rompt de façon homolytique (chaque atome récupère un électron). Les radicaux propagent une chaîne. Bilan : $\mathrm{CH_4 + Cl_2 \xrightarrow{h\nu} CH_3Cl + HCl}$.
Méthode — Analyse rétrosynthétique en 5 étapes
- Repérer la fonction clé de la molécule cible.
- Imaginer une réaction qui crée cette fonction et écrire la flèche rétro ⇒ (cible ⇒ précurseur).
- Identifier le précurseur direct et les réactifs (nucléophile, électrophile, conditions).
- Répéter l'opération jusqu'à obtenir des composés simples disponibles.
- Rédiger la synthèse dans le sens direct avec les équations.
Exemple : synthèse du propan-1-ol. Cible ⇒ 1-bromopropane + NaOH (SN2), sens direct : $\mathrm{CH_3CH_2CH_2Br + HO^- \rightarrow CH_3CH_2CH_2OH + Br^-}$.
À toi de jouer
1. Associe chaque réaction à son type de mécanisme (SN2, addition électrophile, substitution radicalaire).
a) $\mathrm{CH_3CH_2Br + NaOH \rightarrow CH_3CH_2OH + NaBr}$ → $\underline{\hspace{1.1em}}$
b) $\mathrm{CH_2=CHCH_3 + HBr \rightarrow CH_3CHBrCH_3}$ → $\underline{\hspace{1.1em}}$
c) $\mathrm{CH_4 + Cl_2 \xrightarrow{h\nu} CH_3Cl + HCl}$ → $\underline{\hspace{1.1em}}$
a) $\mathrm{CH_3CH_2Br + NaOH \rightarrow CH_3CH_2OH + NaBr}$ → $\underline{\hspace{1.1em}}$
b) $\mathrm{CH_2=CHCH_3 + HBr \rightarrow CH_3CHBrCH_3}$ → $\underline{\hspace{1.1em}}$
c) $\mathrm{CH_4 + Cl_2 \xrightarrow{h\nu} CH_3Cl + HCl}$ → $\underline{\hspace{1.1em}}$
Corrigé
a) $\boxed{\text{SN2}}$ (substitution nucléophile)
b) $\boxed{\text{Addition électrophile}}$ (AE)
c) $\boxed{\text{Substitution radicalaire}}$ (SR)
b) $\boxed{\text{Addition électrophile}}$ (AE)
c) $\boxed{\text{Substitution radicalaire}}$ (SR)
2. On fait réagir 3,00 g de bromoéthane ($M = 109\ \text{g}\cdot\text{mol}^{-1}$) avec une solution d'hydroxyde de sodium. On obtient 1,20 g d'éthanol ($M = 46,0\ \text{g}\cdot\text{mol}^{-1}$). Complète le calcul du rendement.
$n_0 = \dfrac{\underline{\hspace{1.1em}}}{109} = \underline{\hspace{1.1em}}\ \text{mol}$
$n_{\text{théo}} = n_0 = \underline{\hspace{1.1em}}\ \text{mol}$
$m_{\text{théo}} = n_{\text{théo}} \times 46,0 = \underline{\hspace{1.1em}}\ \text{g}$
Rendement $r = \dfrac{1,20}{\underline{\hspace{1.1em}}} \times 100 = \underline{\hspace{1.1em}}\ \%$
$n_0 = \dfrac{\underline{\hspace{1.1em}}}{109} = \underline{\hspace{1.1em}}\ \text{mol}$
$n_{\text{théo}} = n_0 = \underline{\hspace{1.1em}}\ \text{mol}$
$m_{\text{théo}} = n_{\text{théo}} \times 46,0 = \underline{\hspace{1.1em}}\ \text{g}$
Rendement $r = \dfrac{1,20}{\underline{\hspace{1.1em}}} \times 100 = \underline{\hspace{1.1em}}\ \%$
Corrigé
$n_0 = \dfrac{3,00}{109} = 2,75\times10^{-2}\ \text{mol}$ (soit $0,0275\ \text{mol}$)
$n_{\text{théo}} = 2,75\times10^{-2}\ \text{mol}$
$m_{\text{théo}} = 0,0275 \times 46,0 = 1,27\ \text{g}$
$r = \dfrac{1,20}{1,27} \times 100 = 94,5\ \%$
$n_{\text{théo}} = 2,75\times10^{-2}\ \text{mol}$
$m_{\text{théo}} = 0,0275 \times 46,0 = 1,27\ \text{g}$
$r = \dfrac{1,20}{1,27} \times 100 = 94,5\ \%$
On muscle la mécanique ! Cinq petits calculs de rendement presque identiques, histoire de maîtriser la formule les doigts dans le nez. Même méthode, juste des nombres qui changent. À la fin, le calcul de rendement n'aura plus de secret pour toi.
À toi de jouer
1. Synthèse 1 : bromoéthane ($M = 109\ \text{g}\cdot\text{mol}^{-1}$) → éthanol ($M = 46,0\ \text{g}\cdot\text{mol}^{-1}$). $m_0 = 2,50\ \text{g}$, $m_{\text{exp}} = 1,05\ \text{g}$.
$n_0 = \dfrac{\underline{\hspace{1.1em}}}{109} = \underline{\hspace{1.1em}}\ \text{mol}$ ; $m_{\text{théo}} = n_0 \times 46,0 = \underline{\hspace{1.1em}}\ \text{g}$ ; $r = \dfrac{1,05}{\underline{\hspace{1.1em}}} \times 100 = \underline{\hspace{1.1em}}\ \%$
$n_0 = \dfrac{\underline{\hspace{1.1em}}}{109} = \underline{\hspace{1.1em}}\ \text{mol}$ ; $m_{\text{théo}} = n_0 \times 46,0 = \underline{\hspace{1.1em}}\ \text{g}$ ; $r = \dfrac{1,05}{\underline{\hspace{1.1em}}} \times 100 = \underline{\hspace{1.1em}}\ \%$
Corrigé
$n_0 = \dfrac{2,50}{109} = 2,29\times10^{-2}\ \text{mol}$ ; $m_{\text{théo}} = 0,0229 \times 46,0 = 1,05\ \text{g}$ ; $r = \dfrac{1,05}{1,05} \times 100 = 100\ \%$ (rendement quasi quantitatif).
2. Synthèse 2 : 1-bromopropane ($M = 123\ \text{g}\cdot\text{mol}^{-1}$) → propan-1-ol ($M = 60,0\ \text{g}\cdot\text{mol}^{-1}$). $m_0 = 4,50\ \text{g}$, $m_{\text{exp}} = 2,00\ \text{g}$.
$n_0 = \dfrac{\underline{\hspace{1.1em}}}{123} = \underline{\hspace{1.1em}}\ \text{mol}$ ; $m_{\text{théo}} = n_0 \times 60,0 = \underline{\hspace{1.1em}}\ \text{g}$ ; $r = \dfrac{2,00}{\underline{\hspace{1.1em}}} \times 100 = \underline{\hspace{1.1em}}\ \%$
$n_0 = \dfrac{\underline{\hspace{1.1em}}}{123} = \underline{\hspace{1.1em}}\ \text{mol}$ ; $m_{\text{théo}} = n_0 \times 60,0 = \underline{\hspace{1.1em}}\ \text{g}$ ; $r = \dfrac{2,00}{\underline{\hspace{1.1em}}} \times 100 = \underline{\hspace{1.1em}}\ \%$
Corrigé
$n_0 = \dfrac{4,50}{123} = 3,66\times10^{-2}\ \text{mol}$ ; $m_{\text{théo}} = 0,0366 \times 60,0 = 2,20\ \text{g}$ ; $r = \dfrac{2,00}{2,20} \times 100 = 90,9\ \%$.
3. Synthèse 3 : 2-bromopropane ($M = 123\ \text{g}\cdot\text{mol}^{-1}$) → propan-2-ol ($M = 60,0\ \text{g}\cdot\text{mol}^{-1}$). $m_0 = 6,00\ \text{g}$, $m_{\text{exp}} = 2,50\ \text{g}$.
$n_0 = \dfrac{\underline{\hspace{1.1em}}}{123} = \underline{\hspace{1.1em}}\ \text{mol}$ ; $m_{\text{théo}} = n_0 \times 60,0 = \underline{\hspace{1.1em}}\ \text{g}$ ; $r = \dfrac{2,50}{\underline{\hspace{1.1em}}} \times 100 = \underline{\hspace{1.1em}}\ \%$
$n_0 = \dfrac{\underline{\hspace{1.1em}}}{123} = \underline{\hspace{1.1em}}\ \text{mol}$ ; $m_{\text{théo}} = n_0 \times 60,0 = \underline{\hspace{1.1em}}\ \text{g}$ ; $r = \dfrac{2,50}{\underline{\hspace{1.1em}}} \times 100 = \underline{\hspace{1.1em}}\ \%$
Corrigé
$n_0 = \dfrac{6,00}{123} = 4,88\times10^{-2}\ \text{mol}$ ; $m_{\text{théo}} = 0,0488 \times 60,0 = 2,93\ \text{g}$ ; $r = \dfrac{2,50}{2,93} \times 100 = 85,3\ \%$.
4. Synthèse 4 : 1-bromobutane ($M = 137\ \text{g}\cdot\text{mol}^{-1}$) → butan-1-ol ($M = 74,0\ \text{g}\cdot\text{mol}^{-1}$). $m_0 = 5,00\ \text{g}$, $m_{\text{exp}} = 2,30\ \text{g}$.
$n_0 = \dfrac{\underline{\hspace{1.1em}}}{137} = \underline{\hspace{1.1em}}\ \text{mol}$ ; $m_{\text{théo}} = n_0 \times 74,0 = \underline{\hspace{1.1em}}\ \text{g}$ ; $r = \dfrac{2,30}{\underline{\hspace{1.1em}}} \times 100 = \underline{\hspace{1.1em}}\ \%$
$n_0 = \dfrac{\underline{\hspace{1.1em}}}{137} = \underline{\hspace{1.1em}}\ \text{mol}$ ; $m_{\text{théo}} = n_0 \times 74,0 = \underline{\hspace{1.1em}}\ \text{g}$ ; $r = \dfrac{2,30}{\underline{\hspace{1.1em}}} \times 100 = \underline{\hspace{1.1em}}\ \%$
Corrigé
$n_0 = \dfrac{5,00}{137} = 3,65\times10^{-2}\ \text{mol}$ ; $m_{\text{théo}} = 0,0365 \times 74,0 = 2,70\ \text{g}$ ; $r = \dfrac{2,30}{2,70} \times 100 = 85,2\ \%$.
5. Synthèse 5 : bromométhane ($M = 95,0\ \text{g}\cdot\text{mol}^{-1}$) → méthanol ($M = 32,0\ \text{g}\cdot\text{mol}^{-1}$). $m_0 = 3,20\ \text{g}$, $m_{\text{exp}} = 1,00\ \text{g}$.
$n_0 = \dfrac{\underline{\hspace{1.1em}}}{95,0} = \underline{\hspace{1.1em}}\ \text{mol}$ ; $m_{\text{théo}} = n_0 \times 32,0 = \underline{\hspace{1.1em}}\ \text{g}$ ; $r = \dfrac{1,00}{\underline{\hspace{1.1em}}} \times 100 = \underline{\hspace{1.1em}}\ \%$
$n_0 = \dfrac{\underline{\hspace{1.1em}}}{95,0} = \underline{\hspace{1.1em}}\ \text{mol}$ ; $m_{\text{théo}} = n_0 \times 32,0 = \underline{\hspace{1.1em}}\ \text{g}$ ; $r = \dfrac{1,00}{\underline{\hspace{1.1em}}} \times 100 = \underline{\hspace{1.1em}}\ \%$
Corrigé
$n_0 = \dfrac{3,20}{95,0} = 3,37\times10^{-2}\ \text{mol}$ ; $m_{\text{théo}} = 0,0337 \times 32,0 = 1,08\ \text{g}$ ; $r = \dfrac{1,00}{1,08} \times 100 = 92,6\ \%$.
Maintenant on passe au niveau attendu en devoir. Tu vas identifier des espèces, décrire des mécanismes complets et résoudre un problème de synthèse avec calcul de rendement. Certaines questions sont encore à trous pour te guider, mais on vise l'autonomie. Montre ce que tu sais !
À toi de jouer
1. 1. Pour chaque espèce, indique sa nature (nucléophile, électrophile ou radical) et justifie en une phrase.
a) $\mathrm{HO}^-$ : $\underline{\hspace{1.1em}}$ car $\underline{\hspace{1.1em}}$
b) $\mathrm{BF}_3$ : $\underline{\hspace{1.1em}}$ car $\underline{\hspace{1.1em}}$
c) $\mathrm{Cl^{\bullet}}$ : $\underline{\hspace{1.1em}}$ car $\underline{\hspace{1.1em}}$
d) Le carbone lié au brome dans $\mathrm{CH_3Br}$ : $\underline{\hspace{1.1em}}$ car $\underline{\hspace{1.1em}}$
a) $\mathrm{HO}^-$ : $\underline{\hspace{1.1em}}$ car $\underline{\hspace{1.1em}}$
b) $\mathrm{BF}_3$ : $\underline{\hspace{1.1em}}$ car $\underline{\hspace{1.1em}}$
c) $\mathrm{Cl^{\bullet}}$ : $\underline{\hspace{1.1em}}$ car $\underline{\hspace{1.1em}}$
d) Le carbone lié au brome dans $\mathrm{CH_3Br}$ : $\underline{\hspace{1.1em}}$ car $\underline{\hspace{1.1em}}$
Corrigé
a) $\boxed{\text{nucléophile}}$ car il possède des doublets non liants et une charge négative, c'est un donneur d'électrons.
b) $\boxed{\text{électrophile}}$ car le bore ne possède que 6 électrons de valence, créant une lacune électronique.
c) $\boxed{\text{radical}}$ car il possède un électron célibataire issu de la rupture homolytique de $\mathrm{Cl_2}$.
d) $\boxed{\text{électrophile}}$ car la liaison $\mathrm{C^{\delta+}–Br^{\delta-}}$ est polarisée, le carbone est appauvri en électrons.
b) $\boxed{\text{électrophile}}$ car le bore ne possède que 6 électrons de valence, créant une lacune électronique.
c) $\boxed{\text{radical}}$ car il possède un électron célibataire issu de la rupture homolytique de $\mathrm{Cl_2}$.
d) $\boxed{\text{électrophile}}$ car la liaison $\mathrm{C^{\delta+}–Br^{\delta-}}$ est polarisée, le carbone est appauvri en électrons.
2. 2. On fait réagir du 1-bromobutane $\mathrm{CH_3CH_2CH_2CH_2Br}$ avec une solution aqueuse d'hydroxyde de sodium.
a) Identifie le site électrophile dans le 1-bromobutane. Le carbone $\underline{\hspace{1.1em}}$ est électrophile car la liaison C–Br est polarisée $\mathrm{C^{\delta+}–Br^{\delta-}}$.
b) Écris l'équation bilan : $\underline{\hspace{1.1em}} + \mathrm{HO}^- \rightarrow \underline{\hspace{1.1em}} + \mathrm{Br}^-$.
c) Décris le déplacement des électrons à l'aide des flèches courbes : Flèche 1 : du $\underline{\hspace{1.1em}}$ de $\mathrm{HO}^-$ vers le $\underline{\hspace{1.1em}}$ du carbone ; Flèche 2 : de la liaison $\underline{\hspace{1.1em}}$ vers $\underline{\hspace{1.1em}}$ (le brome).
d) Nomme le produit organique formé : $\underline{\hspace{1.1em}}$.
a) Identifie le site électrophile dans le 1-bromobutane. Le carbone $\underline{\hspace{1.1em}}$ est électrophile car la liaison C–Br est polarisée $\mathrm{C^{\delta+}–Br^{\delta-}}$.
b) Écris l'équation bilan : $\underline{\hspace{1.1em}} + \mathrm{HO}^- \rightarrow \underline{\hspace{1.1em}} + \mathrm{Br}^-$.
c) Décris le déplacement des électrons à l'aide des flèches courbes : Flèche 1 : du $\underline{\hspace{1.1em}}$ de $\mathrm{HO}^-$ vers le $\underline{\hspace{1.1em}}$ du carbone ; Flèche 2 : de la liaison $\underline{\hspace{1.1em}}$ vers $\underline{\hspace{1.1em}}$ (le brome).
d) Nomme le produit organique formé : $\underline{\hspace{1.1em}}$.
Corrigé
a) Le carbone $\boxed{\text{C1}}$ (lié au brome) est électrophile car la liaison C–Br est polarisée $\mathrm{C^{\delta+}–Br^{\delta-}}$.
b) $\boxed{\mathrm{CH_3CH_2CH_2CH_2Br}} + \mathrm{HO}^- \rightarrow \boxed{\mathrm{CH_3CH_2CH_2CH_2OH}} + \mathrm{Br}^-$.
c) Flèche 1 : du $\boxed{\text{doublet non liant}}$ de $\mathrm{HO}^-$ vers le $\boxed{\text{sité }\delta^+}$ du carbone C1 ; Flèche 2 : de la liaison $\boxed{\mathrm{C–Br}}$ vers $\boxed{\mathrm{Br}}$ (groupe partant).
d) $\boxed{\text{butan-1-ol}}$.
b) $\boxed{\mathrm{CH_3CH_2CH_2CH_2Br}} + \mathrm{HO}^- \rightarrow \boxed{\mathrm{CH_3CH_2CH_2CH_2OH}} + \mathrm{Br}^-$.
c) Flèche 1 : du $\boxed{\text{doublet non liant}}$ de $\mathrm{HO}^-$ vers le $\boxed{\text{sité }\delta^+}$ du carbone C1 ; Flèche 2 : de la liaison $\boxed{\mathrm{C–Br}}$ vers $\boxed{\mathrm{Br}}$ (groupe partant).
d) $\boxed{\text{butan-1-ol}}$.
3. 3. On fait réagir du but-1-ène $\mathrm{CH_3CH_2CH=CH_2}$ avec de l'acide bromhydrique $\mathrm{HBr}$.
a) Dans $\mathrm{HBr}$, l'atome électrophile est $\underline{\hspace{1.1em}}$ car il porte une charge partielle $\delta^+$.
b) $\mathrm{H}^+$ peut s'additionner sur C1 (=CH₂) ou sur C2 (=CH–). Complète : si l'addition a lieu sur C1, il se forme un carbocation $\underline{\hspace{1.1em}}$ (primaire/secondaire) sur C2 ; si sur C2, un carbocation $\underline{\hspace{1.1em}}$ sur C1. Le carbocation le plus stable est celui sur C$\underline{\hspace{1.1em}}$ car il est $\underline{\hspace{1.1em}}$.
c) Écris l'équation bilan en indiquant le produit majoritaire : $\underline{\hspace{1.1em}}$.
d) Nomme ce produit majoritaire : $\underline{\hspace{1.1em}}$.
a) Dans $\mathrm{HBr}$, l'atome électrophile est $\underline{\hspace{1.1em}}$ car il porte une charge partielle $\delta^+$.
b) $\mathrm{H}^+$ peut s'additionner sur C1 (=CH₂) ou sur C2 (=CH–). Complète : si l'addition a lieu sur C1, il se forme un carbocation $\underline{\hspace{1.1em}}$ (primaire/secondaire) sur C2 ; si sur C2, un carbocation $\underline{\hspace{1.1em}}$ sur C1. Le carbocation le plus stable est celui sur C$\underline{\hspace{1.1em}}$ car il est $\underline{\hspace{1.1em}}$.
c) Écris l'équation bilan en indiquant le produit majoritaire : $\underline{\hspace{1.1em}}$.
d) Nomme ce produit majoritaire : $\underline{\hspace{1.1em}}$.
Corrigé
a) L'atome électrophile est $\boxed{\mathrm{H}}$ (hydrogène) car il porte $\delta^+$.
b) Si $\mathrm{H}^+$ s'additionne sur C1, le carbocation sur C2 est $\boxed{\text{secondaire}}$ ; si sur C2, le carbocation sur C1 est $\boxed{\text{primaire}}$. Le plus stable est sur C$\boxed{2}$, car il est $\boxed{\text{secondaire}}$.
c) Équation : $\boxed{\mathrm{CH_3CH_2CH=CH_2 + HBr \rightarrow CH_3CH_2CHBr–CH_3}}$ (2-bromobutane).
d) Nom : $\boxed{\text{2-bromobutane}}$.
b) Si $\mathrm{H}^+$ s'additionne sur C1, le carbocation sur C2 est $\boxed{\text{secondaire}}$ ; si sur C2, le carbocation sur C1 est $\boxed{\text{primaire}}$. Le plus stable est sur C$\boxed{2}$, car il est $\boxed{\text{secondaire}}$.
c) Équation : $\boxed{\mathrm{CH_3CH_2CH=CH_2 + HBr \rightarrow CH_3CH_2CHBr–CH_3}}$ (2-bromobutane).
d) Nom : $\boxed{\text{2-bromobutane}}$.
4. 4. La chloruration du méthane est réalisée sous lumière UV : $\mathrm{CH_4 + Cl_2 \xrightarrow{h\nu} CH_3Cl + HCl}$.
a) Écris l'étape d'initiation : $\mathrm{Cl_2 \xrightarrow{h\nu} \underline{\hspace{1.1em}}}$.
b) Écris les deux étapes de propagation :
Propagation 1 : $\mathrm{Cl^\bullet + CH_4 \rightarrow \underline{\hspace{1.1em}} + \underline{\hspace{1.1em}}}$
Propagation 2 : $\mathrm{CH_3^\bullet + Cl_2 \rightarrow \underline{\hspace{1.1em}} + \underline{\hspace{1.1em}}}$
c) Donne un exemple de réaction de terminaison : $\underline{\hspace{1.1em}}$.
a) Écris l'étape d'initiation : $\mathrm{Cl_2 \xrightarrow{h\nu} \underline{\hspace{1.1em}}}$.
b) Écris les deux étapes de propagation :
Propagation 1 : $\mathrm{Cl^\bullet + CH_4 \rightarrow \underline{\hspace{1.1em}} + \underline{\hspace{1.1em}}}$
Propagation 2 : $\mathrm{CH_3^\bullet + Cl_2 \rightarrow \underline{\hspace{1.1em}} + \underline{\hspace{1.1em}}}$
c) Donne un exemple de réaction de terminaison : $\underline{\hspace{1.1em}}$.
Corrigé
a) Initiation : $\boxed{2\ \mathrm{Cl}^\bullet}$ (rupture homolytique).
b) Propagation 1 : $\boxed{\mathrm{CH_3}^\bullet + \mathrm{HCl}}$ ; Propagation 2 : $\boxed{\mathrm{CH_3Cl} + \mathrm{Cl}^\bullet}$.
c) Terminaison possible : $\boxed{2\ \mathrm{Cl}^\bullet \rightarrow \mathrm{Cl_2}}$ (ou $\mathrm{CH_3}^\bullet + \mathrm{Cl}^\bullet \rightarrow \mathrm{CH_3Cl}$, ou $2\ \mathrm{CH_3}^\bullet \rightarrow \mathrm{C_2H_6}$).
b) Propagation 1 : $\boxed{\mathrm{CH_3}^\bullet + \mathrm{HCl}}$ ; Propagation 2 : $\boxed{\mathrm{CH_3Cl} + \mathrm{Cl}^\bullet}$.
c) Terminaison possible : $\boxed{2\ \mathrm{Cl}^\bullet \rightarrow \mathrm{Cl_2}}$ (ou $\mathrm{CH_3}^\bullet + \mathrm{Cl}^\bullet \rightarrow \mathrm{CH_3Cl}$, ou $2\ \mathrm{CH_3}^\bullet \rightarrow \mathrm{C_2H_6}$).
5. 5. Synthèse du propan-2-ol. On part de 6,00 g de 2-bromopropane ($M = 123\ \text{g}\cdot\text{mol}^{-1}$) que l'on fait réagir avec de l'hydroxyde de sodium. Le rendement de la réaction est de 80 %.
a) Quel réactif inorganique utiliser ? $\underline{\hspace{1.1em}}$
b) Écris l'équation bilan : $\underline{\hspace{1.1em}} + \mathrm{NaOH} \rightarrow \underline{\hspace{1.1em}} + \mathrm{NaBr}$.
c) Calcule la quantité initiale de 2-bromopropane : $n_0 = \dfrac{\underline{\hspace{1.1em}}}{123} = \underline{\hspace{1.1em}}\ \text{mol}$.
d) Déduis-en la masse théorique de propan-2-ol ($M = 60,0\ \text{g}\cdot\text{mol}^{-1}$) : $m_{\text{théo}} = n_0 \times 60,0 = \underline{\hspace{1.1em}}\ \text{g}$.
e) Calcule la masse réellement obtenue : $m_{\text{réelle}} = \dfrac{80}{100} \times m_{\text{théo}} = \underline{\hspace{1.1em}}\ \text{g}$.
a) Quel réactif inorganique utiliser ? $\underline{\hspace{1.1em}}$
b) Écris l'équation bilan : $\underline{\hspace{1.1em}} + \mathrm{NaOH} \rightarrow \underline{\hspace{1.1em}} + \mathrm{NaBr}$.
c) Calcule la quantité initiale de 2-bromopropane : $n_0 = \dfrac{\underline{\hspace{1.1em}}}{123} = \underline{\hspace{1.1em}}\ \text{mol}$.
d) Déduis-en la masse théorique de propan-2-ol ($M = 60,0\ \text{g}\cdot\text{mol}^{-1}$) : $m_{\text{théo}} = n_0 \times 60,0 = \underline{\hspace{1.1em}}\ \text{g}$.
e) Calcule la masse réellement obtenue : $m_{\text{réelle}} = \dfrac{80}{100} \times m_{\text{théo}} = \underline{\hspace{1.1em}}\ \text{g}$.
Corrigé
a) $\boxed{\text{hydroxyde de sodium }\mathrm{NaOH}}$.
b) $\boxed{\mathrm{CH_3CHBrCH_3}} + \mathrm{NaOH} \rightarrow \boxed{\mathrm{CH_3CHOHCH_3}} + \mathrm{NaBr}$.
c) $n_0 = \dfrac{6,00}{123} = 4,88\times10^{-2}\ \text{mol}$ (soit $0,0488\ \text{mol}$).
d) $m_{\text{théo}} = 0,0488 \times 60,0 = 2,93\ \text{g}$.
e) $m_{\text{réelle}} = 0,80 \times 2,93 = 2,34\ \text{g}$.
b) $\boxed{\mathrm{CH_3CHBrCH_3}} + \mathrm{NaOH} \rightarrow \boxed{\mathrm{CH_3CHOHCH_3}} + \mathrm{NaBr}$.
c) $n_0 = \dfrac{6,00}{123} = 4,88\times10^{-2}\ \text{mol}$ (soit $0,0488\ \text{mol}$).
d) $m_{\text{théo}} = 0,0488 \times 60,0 = 2,93\ \text{g}$.
e) $m_{\text{réelle}} = 0,80 \times 2,93 = 2,34\ \text{g}$.
Tu es chaud(e) pour anticiper la suite ? L'an prochain, tu découvriras que la SN2 n'est pas la seule voie de substitution : il existe la SN1, qui passe par un carbocation. Et pour les synthèses, on enchaîne plusieurs étapes et on calcule le rendement global. Deux exercices pour te mettre dans la peau d'un chimiste organicien.
À toi de jouer
1. 1. Le 2-bromo-2-méthylpropane (bromure de tert-butyle, $(\mathrm{CH_3})_3\mathrm{CBr}$) est un halogénoalcane tertiaire.
a) En SN2, le nucléophile doit attaquer par l'arrière du carbone lié au brome. Explique pourquoi cette réaction est très lente dans ce cas (en une phrase) : $\underline{\hspace{1.1em}}$.
b) Un autre mécanisme, la SN1, se déroule en deux étapes. Propose les équations de ces deux étapes :
Étape 1 (rupture hétérolytique de la liaison C–Br) : $\mathrm{(CH_3)_3CBr \rightarrow \underline{\hspace{1.1em}} + Br^-}$.
Étape 2 (attaque du nucléophile) : $\mathrm{(CH_3)_3C^+ + OH^- \rightarrow \underline{\hspace{1.1em}}}$.
c) Nomme le produit final : $\underline{\hspace{1.1em}}$.
a) En SN2, le nucléophile doit attaquer par l'arrière du carbone lié au brome. Explique pourquoi cette réaction est très lente dans ce cas (en une phrase) : $\underline{\hspace{1.1em}}$.
b) Un autre mécanisme, la SN1, se déroule en deux étapes. Propose les équations de ces deux étapes :
Étape 1 (rupture hétérolytique de la liaison C–Br) : $\mathrm{(CH_3)_3CBr \rightarrow \underline{\hspace{1.1em}} + Br^-}$.
Étape 2 (attaque du nucléophile) : $\mathrm{(CH_3)_3C^+ + OH^- \rightarrow \underline{\hspace{1.1em}}}$.
c) Nomme le produit final : $\underline{\hspace{1.1em}}$.
Corrigé
a) $\boxed{\text{Le carbone central est encombré par trois groupes méthyle, ce qui bloque l’attaque arrière du nucléophile.}}$
b) Étape 1 : $\boxed{\mathrm{(CH_3)_3C^+}}$ ; Étape 2 : $\boxed{\mathrm{(CH_3)_3COH}}$ (alcool tert-butylique).
c) $\boxed{\text{2-méthylpropan-2-ol}}$ (ou alcool tert-butylique).
b) Étape 1 : $\boxed{\mathrm{(CH_3)_3C^+}}$ ; Étape 2 : $\boxed{\mathrm{(CH_3)_3COH}}$ (alcool tert-butylique).
c) $\boxed{\text{2-méthylpropan-2-ol}}$ (ou alcool tert-butylique).
2. 2. Propose une synthèse en deux étapes du propan-2-ol à partir du propène.
a) Étape 1 : addition électrophile de HBr sur le propène. Écris l'équation en respectant la régiosélectivité (Markovnikov) : $\mathrm{CH_3CH=CH_2 + HBr \rightarrow \underline{\hspace{1.1em}}}$.
b) Étape 2 : substitution nucléophile avec NaOH. Écris l'équation : $\underline{\hspace{1.1em}} + \mathrm{NaOH} \rightarrow \underline{\hspace{1.1em}} + \mathrm{NaBr}$.
c) Le rendement de l'étape 1 est de 90 %, celui de l'étape 2 est de 85 %. Calcule le rendement global :
$r_{\text{global}} = \dfrac{90}{100} \times \dfrac{85}{100} = \underline{\hspace{1.1em}} \times \underline{\hspace{1.1em}} = \underline{\hspace{1.1em}}$ (soit $\underline{\hspace{1.1em}}\ \%$).
a) Étape 1 : addition électrophile de HBr sur le propène. Écris l'équation en respectant la régiosélectivité (Markovnikov) : $\mathrm{CH_3CH=CH_2 + HBr \rightarrow \underline{\hspace{1.1em}}}$.
b) Étape 2 : substitution nucléophile avec NaOH. Écris l'équation : $\underline{\hspace{1.1em}} + \mathrm{NaOH} \rightarrow \underline{\hspace{1.1em}} + \mathrm{NaBr}$.
c) Le rendement de l'étape 1 est de 90 %, celui de l'étape 2 est de 85 %. Calcule le rendement global :
$r_{\text{global}} = \dfrac{90}{100} \times \dfrac{85}{100} = \underline{\hspace{1.1em}} \times \underline{\hspace{1.1em}} = \underline{\hspace{1.1em}}$ (soit $\underline{\hspace{1.1em}}\ \%$).
Corrigé
a) $\boxed{\mathrm{CH_3CHBrCH_3}}$ (2-bromopropane).
b) $\boxed{\mathrm{CH_3CHBrCH_3}} + \mathrm{NaOH} \rightarrow \boxed{\mathrm{CH_3CHOHCH_3}} + \mathrm{NaBr}$.
c) $r_{\text{global}} = 0,90 \times 0,85 = 0,765$ soit $\boxed{76,5\ \%}$.
b) $\boxed{\mathrm{CH_3CHBrCH_3}} + \mathrm{NaOH} \rightarrow \boxed{\mathrm{CH_3CHOHCH_3}} + \mathrm{NaBr}$.
c) $r_{\text{global}} = 0,90 \times 0,85 = 0,765$ soit $\boxed{76,5\ \%}$.