Les HYDROCARBURES.

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INTRODUCTION

     La chimie dite organique est souvent définie comme la chimie de la matière issue de la matière vivante. Cette définition ancienne a été rapidement remplacée par la chimie du carbone. Hélas comme toute volonté de classement, elle se heurte à une réalité rétive. Les monoxydes et dioxyde de carbone, le diamant, le graphite sont partie intégrante des cours de chimie minérale. L'intégration d'atomes métalliques dans des molécules "organiques" rend les limites entres les deux domaines de la chimie descriptive encore plus floues. Les définitions actuelles portent sur l'aspect moléculaire de la chimie organique les cristaux en étant écartés. Tout ceci est provisoire et assez dérisoire.  L'histoire plus que la logique a inventé la chimie organique et sans le défi de BERZELIUS en 1835 renonçant à la synthèse de produits issus de la vie, au nom d'une mystérieuse "force vitale", il est probable que cette distinction aurait été différente. WOLHER en synthétisant l'urée à partir de carbone minéral a ouvert la voie à la synthèse de matières que l'on extrayait autrefois des plantes et des tissus animaux. Les extraordinaires propriétés de ces composés ont favorisé le développement des industries des parfums, des médicaments, des colorants, etc... favorisant la recherche et justifiant la place importante de ce domaine dans l'enseignement.

    Les composés de la chimie organique sont surtout des composés moléculaires, constitués d'atomes de carbones structurés en chaînes, plus ou moins ramifiées et en cycles.
Ils comportent plusieurs types de liaisons simples, doubles, triples et aromatiques délocalisées.
Les atomes d'hydrogènes sont le second constituant principal de ces molécules et occupent la majeure partie des sites disponibles selon les règles de valence.
D'autres atomes appelés hétéroatomes, plus rares sont présents dans la molécule et lui confèrent des propriétés particulières. Le plus abondant est l'oxygène, suivi de l'azote, on trouvera aussi du soufre, des halogènes qui sont, le fluor, le chlore, le brome et l'iode, ainsi que du phosphore et d'autres éléments plus rarement.
    Comme une maison est construite en pierre, ce qui n'exclue pas d'autres matériaux, on peut dire que les molécules de chimie organique sont surtout en carbone et en hydrogène. C'est pourquoi le premier cours commence par les hydrocarbures, molécules uniquement constituées de carbone et d'hydrogène.
 

Les HYDROCARBURES.

    Cet ensemble de molécules a été classé en quatre familles, on dit plutôt en chimie en quatre fonctions.
                Une fonction chimique est une classe dans laquelle on a mis toutes les molécules ayant un comportement commun. Ce classement a été fait bien avant qu'on n'invente la théorie atomique. Celle-ci attribue à un groupe d'atomes particuliers appelé le groupe fonctionnel le comportement de la classe. Mais il faut bien distinguer les deux notions, la fonction est une notion expérimentale, tandis que le groupe fonctionnel est une notion théorique.
                Un hydrocarbure est un composé dont l'analyse élémentaire (faire un lien) ne conclut qu'à la présence de carbone et d'hydrogène.
Les hydrocarbures sont classés en alcanes, alcènes, alcynes et aromatiques.
 

Les ALCANES.

    Appelés autrefois paraffines, ce sont des composés très peu réactifs. Ils ne donnent à froid et à l'obscurité aucune réaction avec le chlore, ni avec le brome.
Leur réaction avec l'oxygène, à chaud où sous l'action de lumière vive, libère une grande quantité de chaleur avec la formation de dioxyde de carbone et d'eau.
L'analyse élémentaire leur affecte une formule générale CnH2n+2.
Pour n =1 nous avons donc CH4
Pour n =2 nous avons donc C2H6
Pour n =3 nous avons donc C3H8
Pour n =4 nous avons donc C4H10
etc...

  Nomenclature.

 Avant d'aller plus loin, il est utile de donner ici les noms que les chimistes ont attribués à ces composés.
Tous les alcanes ont un nom qui se termine par le suffixe (terminaison) ane.
Selon le nombre total d'atomes dans la molécule le nom commencera par un préfixe particulier.
Les premiers sont  Meth pour 1 carbone
....................................Eth pour 2 carbones
....................................Prop pour 3 carbones
....................................But pour 4 carbones
....................................Pent pour 5 carbones
Les suivants sont les préfixes grecs donnés pour les nombres, hex pour 6, hept pour 7, hex pour 8, nona pour 9, déca pour 10, undéca pour 11, duodéca pour 12, eicosa pour 20 etc...
 

SOURCE.

    La source actuelle des alcanes est dans nos économies occidentales essentiellement le pétrole. La combustion des alcanes est la principale source d'énergie utilisé. Seule une part minime (17% environ en france en 2000) est utilisée pour la chimie. Le pétrole est constitué en très grande part d'alcanes résultants de dépôts de matière organique enfouis au fond des océans. Le gaz naturel a la même origine. Le charbon, les schistes bitumineux contiennent aussi principalement des alcanes. Les fermentations à l'abri de l'air (anaérobies) de matière organique produisent du méthane CH4. Les marécages, les rizières en produisent aussi, comme les fermentations digestives des ruminants.
    Le pétrole est l'objet d'une intense activité économique par sa production, sa transformation et sa consommation.
Les forages de plus en plus profond en assurent l'extraction. Les champs pétroliers autrefois uniquement sur les continents s'étendent maintenant au fond des plateaux océaniques.  En mer du nord, dans le golfe de Guinée, au large du Texas, du Mexique, du Vénézuela, des plates-formes flottantes supportent les engins de forages et les pompes d'extraction. Des oléoducs (pipe-lines) et des pétroliers géants (super-tanker) assurent le transport vers les usines de raffinage et de pétrochimie.
    Le" brut"  sorti des puits est raffiné en Gaz, essences, et Fuels (mot anglais pour combustibles) et Brai (ou goudrons).(voir UFIP)
    Les produits raffinés alimentent les reseaux d'énergie, Gaz de France, les pompes à carburant, les centrales électriques mais aussi différents sites de transformation donnant des alcène et des matériaux plastiques, des détergents, des antigels, bases de peintures, ou enfin des composés plus complexes servant de matière première aux industries pharmaceutiques, à la fabrication des encres, colles, parfums,colorants, insecticides et pesticides etc... toutes ces activités constituant l'industrie chimique organique.
 
 

STRUCTURE.

 
On rappelle que le carbone possède 4 électrons sur la couche externe et que ces électrons peuvent être mis en commun pour former 4 liaisons simples disposées selon les directions du tétraèdre, avec les électrons d'autres atomes.
La molécule de méthane, l'alcane le plus simple a donc la forme d'un tétraèdre dont chaque sommet est occupé par un atome d'hydrogène et le centre est occupé par un atome de carbone.


méthane


Les longueurs des liaison C-H sont  de 0,110  nm (un nanomètre est un milliardième de mètre).
Les angles des liaisons , une propriéré du tétraèdre, sont de 109, 5 °
Les liaisons simples sont covalentes et résultent de la mise en commun d'un électron du carbone et de l'électron de l'hydrogène. Elle présente une symétrie de révolution autour de l'axe joignant les noyaux. Elle sont dite sigma , de la lettre grècque  sigma.
méthane

   Les alcanes peuvent former des chaînes de motifs CH2 répétés un certain nombre de fois et terminées par un H à chaque extrémité. Ceci  permet de mettre en évidence la relation, dont on montrera le caractère général, entre le nombre d'atome de carbone et celui d'hydrogènes. Le nombre d'hydrogènes est égal à 2 fois celui d'atome de carbone auquel on ajoute 2 pour terminer la chaîne.

H-CH2-CH2-CH2- -  -CH2-H

    Si n est le nombre d'atome de carbone, celui des hydrogènes dans une chaîne linéaire est nécessairement égale à 2n + 2.
Donc la formule des alcanes linéaires est toujours de la formes C2H(2n +2).
    Il est aussi possible de trouver des molécules dites ramifiées. Dans ce cas un atome de carbone sera lié à 3 ou 4 autres atomes de carbones. Depuis cet embranchement une autre chaîne peut se développer, qui pourra comporter aussi d'autres embranchements. Ceci complique la structure et plusieurs composés différents pourrons correspondre à la même formule globale, c'est à dire au même nombre de carbones total.
    On remarquera qu'un embranchement peut être réalisé à partir d'une structure en ligne.
            1° On enlève un hydrogène sur une position,
            2° On place un bout de chaîne sur cette position,
            3° on remet l'hydrogène sur la position libérée par la chaîne.
Donc, en admettant que ceci permet de faire toutes les molécules ramifiées, on constate que le nombres d'hydrogènes est le même pour un nombre de carbones donnés.
La relation CnH(2n+2) est donc vraie pour tous les alcanes ramifiés ou linéaires. (c'est à dire sans cycles).

Ceci est illustré par la construction des alcanes à 6 atomes de carbone, les HEXANES

Ex: soient six atomes de carbone

Il existe une molécule linéaire dont la chaîne la plus longue a 6 atomes de carbone.

n-hexane


Mais on peut aussi disposer 5 atomes en une chaîne et placer le dernier sur l'un des 3 atomes restants.
    En effet placer le carbone restant sur une des extrémités de la chaîne de 5 atomes nous donnerait une chaîne à 6 atomes linéaire.
    De plus on constatera que sur les trois positions seules 2 sont utiles, car mettre l'atome restant sur le 2d atome ou sur l'avant dernier, donne la même structure. Car la chaîne initiale n'a pas des sens  "a priori" et ces deux positions sont équivalentes.
    Dons nous aurons 2 molécules supplémentaires différentes de la molécule linéaire.


Il est encore possible de mettre sur une chaîne linéaire de 4 atomes de carbone deux atomes restants.
    Soit en mettant 1 carbone sur le second et un sur le troisième de la chaîne, soit en mettant deux atomes sur le second de la chaîne
    Cela donne 2 autres molécules différentes.


Cela s'arrête là car il est impossible de placer 3 atomes sur une chaîne de trois atomes sans rallonger cette chaîne, ce qui nous ramènerait au cas précédent.

Remarque. L'écriture en zig-zag de la chaîne n'est que le rappel de la structure tétraédrique du carbone et n'a pas de signification quant à la disposition tridimensionnelle des atomes.
 

    TYPES DE CARBONES.

On repère par un nom particulier les carbones selon leur environnement dans la molécule:
Le carbone du méthane  CH4, qui n'est lié à aucun autre carbone est dit Unaire.
Le carbone terminal H3C- qui est lié à un carbone est dit Primaire.
Le carbone d'un chaîne H2C- qui est lié à deux carbones est dit Secondaire.
Le carbone d'un embranchement simple HC- qui est lié à trois carbones est dit Tertiaire.

Le carbone d'un double embranchement  -C- qui est lié à quatre carbones est dit Quaternaire.
 Ces termes seront repris dans toutes les molécules de chimie organique,  même autres que les alcanes.
 

    LES RADICAUX.

 Quand on a enlevé un groupe d'atome pour le déplacer sur une chaîne, on a manipulé un radical. Un radical est un groupe d'atome qui ne forme pas une molécule complète et à qui il reste des liaisons libres qui seront occupée par un atome ou un groupe d'atomes pour former une molécule complète.
Les radicaux constituants les alcanes ont des noms qui se terminent par " yle",  et un préfixe qui est celui attribué au nombre de carbone composant le radical, ce préfixe est le même que pour les alcanes
Ainsi CH3-  qui possède un carbone est appelé Méthyle,
    CH3-CH2-  ou C2H5-  qui possède deux carbones est appelé Ethyle,
    CH3-CH2-CH2-  ou C3H7-  qui possède trois carbones est appelé Propyle,
    CH3-CH2-CH2-CH2-  ou C4H9-  qui possède quatre carbones est appelé Butyle
    Puis pentyles, hexyle, etc.
Ces radicaux peuvent être eux même ramifiés ce qui rendra leur dénomination délicate.
On note féquement les radicaux par un R, ca qui entraine que R-H désigne  un alcane.
Nomenclature2
Pour donner un nom différent aux différents isomères des alcanes,
        1° Chercher la chaîne carbonée la plus longue.
        2° Faire préceder ce nom des radicaux fixés sur la chaîne principale, précédes du N° de la position occupée sur la chaîne séparé par un tiret 

FORMULE NOM
n-hexane hexane 
on peut préciser linéaire ou n-hexane.
2-Méthylpentane
3-Méthylpentane
2,2-Dimethylbutane
2,3 Diméthybutane

 
 

Les DIFFERENTS ALCANES.

    En chimie la fabrication de composés à partir d'autre composés s'appelle une synthèse. La synthèse des alcanes n'est pas une parties très importante des cours de chimie organique, car ce sont eux qui servent à préparer les autres composés. Le travail de l'industrie pétrolières est d'abord l'extraction du pétrole puis sa séparation par des méthodes dites physiques, sans changer la nature des composés, des constituants du pétrole.
Selon le nombre de carbones, la molécule aura une Masse Molaire d'autant plus grande que le nombre est élevé.
Les plus légers de (1C à 4C) sont des gaz, leur point d'ébullition à la pression atmosphérique est en dessous de 20°C.
Les suivants jusqu'à 16 C sont des liquides.
Au dessus ils sont plutôt visqueux comme le goudrons que franchement solide, mais tout le monde a vu un bloc de paraffine, et leur point de fusion reste inférieur à 120°C.
Le tableau suivant regroupes quelques informations sur ce point.
 
 
 
 
 

NOM
Formule
Masse molaire
point de 

fusion 

°C

point 

d'ébullition 

°C à 1 atm.

présence 

non exclusive dans

méthane
CH4
16
-182
-161
"gaz des marais" 

Gaz Nat.Liquéfié

éthane
C2H6
30
-183
-88
GNL
propane
C3H8
44
-187
-42
Gaz de Pétrole Liquéfié et GNL
butane
C4H10
58
-138
-0,5
G.P.L.
pentane
C5H12
72
-129
36
éther de pétrole
isopentane
Methyl-2-butane
72
 
25
 
néopentane
diMethyl-2,2-propane
72
 
9
 
hexane
C6H14
86
-94
69
essence à briquet
heptane
C7H16
100
-90
98
ess. ordinaire
octane
C8H18
114
-56
126
essence 
decane
C10H22
142
-29
174
pétrole lampant
dodécane
C12H26
170
-9
216
gas-oil
tetradécane
C14H30
198
5
254
gas-oil
hexadécane
C16H34
226
18
287
cétane 
gas-oil
eicosane
C20H42
282
36
345
paraffine
triacontane
C30H62
422

66
304(15mmHg)
 
hectane
C100H202
1402
115
-
 

    Malgré le fait que les alcanes soient surtout une matière première, les pétroliers ont développés quelques réactions permettant de convertir des alcanes entre eux. L'intérêt de l'opération réside dans le fait que tout le pétrole n'est pas utilisé et pendant un certain temps, beaucoup de résidus ont encombrés les usines et fait perdre de l'argent aux industriels.
Les produits lourds comme les goudrons, ou les fuels peuvent être converti en produits légers vendus plus cher. C'est le but du craquage et du reformage.
Le premier casse les grosses molécules en plus petites, le second transforme des alcanes légers linéaires en ramifiés qui font des carburants de meilleure qualité.
 
 

REACTIVITE.

La réactivité des alcanes nous l'avons  déjà dit est faible, mais elle est fondamentale car les quelques réactions possibles sont à la base de gros secteurs de l'économie.

L'oxydation.

     Les molécules d'alcanes libèrent une grande quantité d'énergie en brûlant avec l'oxygène de l'air.
La chaleur dégagée est utilisée dans les systèmes de chauffages au fuel ou au gaz, pour les particuliers comme pour l'industrie. Il ne faut pas oublier l'utilisation pour la cuisson des aliments. Une autre utilisation importante réside dans l'emploi des moteurs. Ceux à combustion externe, comme les machines à vapeur dont l'emploi est très important pour les grosses puissances moteur de bateaux et centrales de production d'électricité très utilisées dans le monde. Et ceux à combustion interne commes les moteurs dit "à essence" et les "Diesel" (du nom de son inventeur) . Leur emploi est toujours indispensable malgré leur rendement faible, la pollution et la production importante de CO2  accusé d'être un générateur de l'effet de serre.
 

     2   Cn H2n+2   +  (3n +1) O2flèche     2n CO2   +  ( 2n+2)  H2O     +     énergie libérée 50 Kj/g en moyenne

 Exercice  Un médecin de 80Kg prend sa voiture de 1800 Kg  consommant 14dm3  aux 100 Km, d'hydrocarbures de masse volumique 0, 72 Kg par dm3  pour aller acheter une baguette de pain de 0, 25 Kg. chez un boulanger distant de 3Km de son domicile.
    1° Quelle est la masse de carburant consommé.
    2° Quelle énergie chimique libérée par l'oxydation de ce carburant
    3° Quelle est l'energie nécessaire pour déplacer le véhicule (aller et retour) en considérant que la force moyenne est égale au 1/10 du poids
    4° Quelle est l'énergie nécessaire pour déplacer le médecin? (A et R) même  force= p/10
    5° Quelle est l'énergie nécessaire pour déplacer la baguette? (retour uniquement) même force =p/10
    6°  Compte tenue de l'énergie chimique contenue dans le carburant consommé quels sont les rendement respectifs des 3°, 4° et 5°?
Le médecin aurait pu aller à pied chercher sa baguette, ce qui lui aurait pris 1h 30, sans consommer de carburant, mais l'usage de l'automobile a réduit la durée de l'opération à 10 mn. Il aura donc pur recevoir pendant les 1h 20 de différence, 4 malades pendant 20mn chacun. La consultation lui  rapporte 20 euros, le litre de carburant est facturé 1 euro. A partir de quel prix du carburant l'usage de la voiture n'est plus rentable, en supposant que tous les autres prix, y compris celui de la consultation,  restent fixes.
    g accélération de gravitation terrestre =10Solution de l'exercice
  

L'halogénation.
    Assez peu employée, elle se fait en phase gazeuse, sous l'action de lumière, ou d'une forte température.
Les halogènes sont composés du Fluor, du Chlore, du Brome et de l'Iode.
    Le Fluor réagit très butalement en donnant une explosion et n'est pas employé directement, sauf pour des mesures spécifique à la réactivité. En général la réaction est incomplète et donne un gros résidu de carbone en poudre
  2 Cn H2n+2   +  (2n +2) F2flèche      2C   +   (4n+4)  HF     +     forte énergie libérée
    La réaction avec le chlore est plus lente et donne une substitution plus ou moins importante des hydrogènes par le chlore.
 CH4 + x Cl2flèche mélange  CH3Cl + CH2Cl2  + CHCl3 + CCl4
Ces produits sont en concentrations variables selon le temps de contact, l'intensité de la lumière utilisés (Ultra-violet proche généralement) et la température.
Les produits sont le Chlorométhane CH3Cl,  le dichlorométhane ou chlorure de méthylène CH2Cl2,  le trichlorométhane ou chloroforme CHCl3, et le tétrachlorométhane ou tétrachlorure de carbone CCl4.
Autrefois employés comme solvant des graisses dans l'industrie et le nettoyage, même comme anesthésique pour le chloroforme, leur toxicité assez forte les a fait interdire dans ces secteurs.
    Le Brome donne des réactions plus lentes et particulières car la vitesse d'echange des hydrogène est  fonction de la position sur la molécule. Les hydrogènes fixés sur un carbone tertiaire s'echange assez vite plus que ceux sur un carbone secondaire et beaucoup plus que ceux fixés sur un carbone primaire.  Cette sélectivité du brome est mise à profit pour fixer dans une position connue un atome sur la molécule.
    L'Iode ne donne pas de réaction avec les alcanes. Par contre les molécule contenant de l'iode se décomposent pour former un alcane et de l'iodure d'hydrogène HI en présence d'hydrogène. Ces composés iodé doivent êtres conservés à l'abri de la lumière.

Le vapocraquage.
    C'est une réaction complexe, à haute température, permettant la transformation d'un mélange d'alcanes légers, appelés "Naphta" en alcènes et en hydrogène, sous l'action de catalyseurs spécifiques.
Les produits formés sont principalement l'ethène H2C=CH2, le propène H2C=CH-CH3,  et d'autres alcènes à 4 carbones et de l'hydrogène.
Cette opération est à la base de l'industrie pétrochimique elle même fournissant des composés appartenant à diverses fonction à l'industrie chimique fine.
Une des importantes productions dérivées du vapocraquage est la polymérisation des alcènes qui fournit les matières plastiques utilisées maintenant dans tous les secteurs.
 
 

Les ALCENES.

STRUCTURE.

     Les alcènes sont des hydrocarbures dit "insaturés".  Cela signifie qu'un alcènes est capables d'absorber de l'hydrogène en présence d'un catalyseur à la température et à la pression ordinaire, en formant un alcane.
Les études structurales ont mis en évidence un type de liaison nouveau, appelée liaison double ou deux carbones sont liés à trois atomes au lieu de quatre comme dans les alcanes.
alcene
Cet ensemble appelé liaison pi  , ou double liaison est transcrit par une double barre entre les deux atomes de carbone.
liaison pi


Chaque atome de carbone fournit deux électrons. La géométrie de cette liaison est caractérisée par une forme plane, et des angles de liaison de 120°.
La longueur de liaison C:C est de 0,133 nm et celle de la liaison C-H  est de 0, 109nm
Le plan de symétrie est celui comportant les quatre substituants, il est horizontal et perpendiculaire au plan de la liaison pi .
    Ceci a pour conséquense que la molécule ne peut pas se déformer en tournant autour de cette liaison.
    De ce fait, si sur un carbone deux substituants différents sont fixés, un hydrogène et un méthyle par exemple par rapport au plan perpendiculaire  à celui comprenant les substituants passant par les 2 carbones, il existera le coté de l'hydrogène et le coté du méthyle.
     Si sur le second carbone on fixe deux substituants différents entre eux  (H et Me) il y a deux façon de les disposer soit le H du coté du H ce qui entraîne le méthyle du coté du méthyle, soit inversement le méthyle du coté du H et le H du coté du méthyle.
    Il existe deux composés différents  correspondant à ces dispositions différentes des atomes.  

A partir de 4 atomes de carbone, but-2-ène soit une chaîne de 4 atomes dont le 2ème est lié au suivant par une double liaison, les  radicaux méthyles peuvent être disposés: soit  du même coté du plan de la liaison pi  et on a le cis-but-2-ène: cisbutène
soit ils sont de part et d'autre du plan de la liaison pi et on a le trans-but-2-ène:transbutène
Ces deux composés existent et ont des propriétés légèrement différentes.

Nomenclature.

Les noms des alcènes se teminent par le suffix ène, précédé du N° de l'atome le plus petit de la double liaison. Les préfixes sont les mêmes que pour les alcanes.

Voici les noms, formules et Point d'ébullition des alcène les plus simples.

NOMS
 FORMULE
Pt Ebull
Masse
Molaire
Ethène
Ethène
-104°C
28
Propène
Propène
-47,4
42
But-1-ène
But-1-ène
-6,3
56
cis-but-2-ène
cisbutène
3,7
56
trans-but-2-ène
transbutène
0,8
56
2-méthylpropène
2-methylpropène
-6,9
56
pent-1-ène
Pent-1-ène
30
70
 Comme pour les alcanes les alcènes sont gazeux jusqu'à 4 carbones.
Ils sont plus volatils que les alcanes à nombre d'atomes de carbone égal.
Les alcènes avec une double liaison terminale sont plus volatils que ceux avec une double liaison interne.
Les trans sont plus volatils que les cis.
    Tout ceci est confirmé pour les alcènes connus.

SOURCES.

Pas présent, ou très rarement dans les pétroles. Par contre ils sont fréquents dans les composés biologiques végetaux ou animaux, mais rarement sous la forme de composés simples. Ils sont le plus souvent associés avec d'autre sites fonctionnels.
Il faut néanmoins noter la présence d'éthylène qui de dégage des plantes pour en favoriser le murissement.
De grosses molécules comme le carotène ou le squalène comportent de nombreuses double liaisons.
Béta -Carotène beta-Carotène

Squalène Squalène
Limonène, essence de citronLimonène (citron)

Bien que ces molécules soient encore des sources de matières première, les alcènes de petite taille sont produits à partir du pétrole par Vapocraquage.

Certaines réactions permettent de préparer des alcènes.

1° L'élimination d'eau à partir des alcools est réalisée à chaud  en présence de quantité catalytique d'acide sulfurique ou phosphorique.
 Elimination des Alcools
Cette  réaction est conduite vers 180°C sur l'éthanol et donne de l'éthylène.
On peut aussi la faire en présence d'un oxyde d'aluminium Al2O3 , ou de thorium  ThO2,  à plus haute température en phase gazeuse.

2° L'élimination de HX sur les dérivés halogénés du chlore, du brome ou de l'iode en présence d'une base forte.
Elimination du Brome par la Potasse
La réaction se fait à chaud avec de fortes concentrations de potasse dans de l'eau, ou dans un alcool.
D'autre réactifs, plus basiques que la potasse donnent de meilleurs rendements, dans des conditions plus douces, comme les alcoolates ou l'amidure résultants de l'action du sodium métallique sur l'alcool ou l'ammoniac pur.
   
 3° L'hydrogénation des alcynes (voir plus bas) conduit aux alcènes cis, si on utilise un catalyseur spécifique.

REACTIVITE.


Les réactions possibles à partir des alcènes en font des intermédiaires indispensables à l'industrie chimique.
Ils donnent des réactions d'addition aisées avec de bon rendements avec plusieurs réactifs, de plus ils se polymérisent pour conduire au matières plastiques?

Réactions d'addition.
1°Addition d'hydrogène.
 En présence de dihydrogène et  d'un catalyseur composé d'un métal comme le platine, le palladium ou le nickel finement divisé, l'hydrogène  s'additionne sur la double liaison pour donner un alcane
Addition catalytique de dihydrogène

2°Avec l'eau
Réaction inverse de l'élimination, l'addition d'eau se fait à froid en présence d'un grand excès d'eau, d'acide sulfurique ou phosphorique en faisant barbotter l'alcène par de nombreux orifices, c'est ainsi qu'une grande partie de l'ethanol industriel est produit.
Pour un alcène asymétrique le OH est fixé sur le carbone le plus substitué
Addition d'eau

3° Avec les halogènes, chlore, brome et iode
Réaction d'addition facile donnant un dérivé dihalogéné.
Addition de chlore

4° Avec les halogénures d'hydrogène
Réaction d'addition donnant un dérivé monohalogéné sur le carbone le plus substitué.
Addition de chlorure d'hydrogène
D'autres procédés de réaction permettent de fixer des atomes ou groupes d'atome différents ou sur d'autres positions de la chaîne carbonée.
5° En présence d'un oxydant fort comme le permanganate en milieu concentré et à chaud les alcènes sont coupés en cétones ou en acides carboxylique,
Réaction d'oxydation.
Nombreuses réactions possibles d'un grand intérêt industriel, permettant la fabrication, dépoxydes, de  polyalcools, de cétones d'aldéhydes, d'acides.
Seule la coupure oxydante par des oxydant forts dans des conditions "dures" est dans le programme, car elle peut aussi être utilisée à des fins analytiques.
KMnO4 en milieu concentré à chaud en présence de base ou d'acide,K2Cr2O7 en milieu sulfurique, oxydent en cétone ou acide les alcènes.
Du point de vue stuctural:
La double liaison donne deux liaisons C=O,
Les liaisons simples C-C sont conservées,
Toute liaison =C-H est transformé en C-OH, l'aldéhyde intermédiaire n'est pas isolable, car en milieu concentré il y a un excès d'oxydant.

coupure manganique



Réaction de polymérisation.
C'est une des base des matières plastiques. Sans entrer dans le mécanisme intime de la réaction le schéma est le suivant.
Polymérisation
De nombreux groupes d'atome peuvent remplacer R et donnent les différentes matières plastiques comme:
Le polyéthylène,(R=  -H)
Le polypropylène, (R= -CH3)
Le polystyrène, (R= -C6H5)
Le polychlorure de vinyle dit PVC (R = -Cl)
Le polyacrylonitrile (R =   -Ctriple N)
Le polyméthacrylate de méthyle  ou plexiglass  2 substituants sur un même C  -CH3 et -COOCH3

  De la nature de R, de la longueur moyenne des chaînes, de la disposition relative des R dans l'espace dériverons des propriétés différentes permettant l'utilisation de ces matières comme textile, comme  contenant, tuyaux etc...


LES ALCYNES.

STRUCTURE.


    Cette famille de composés est aussi dite insaturées. Mais le types de liaison est différent et les propriétés aussi.
La nouvelle liaison est dite triple, et le représentant le plus léger de la famille est l'acétylène, dont le nom officiel en chimie est Ethyne.
L'analyse élémentaire de l'éthyne et la mesure de sa masse molaire (26)  conduisent à une formule C2H2, dont ont tire la nécessité d'une triple liaison entre les carbones. 

  éthène
C'est en fait un ensemble composé d'une liaison sigma et de deux liaisons pi situées dans deux plans perpandiculaires.
La longueur de la liaison C:C est dans ce cas de 0,120 nm et celle de la liaison C-H est de 0, 106 nm.
 
Cette liaison est très énergétique la combustion de l'acétylène libère beaucoup de chaleur. Comme la combustion nécessite moins d'air que cette de l'éthane la température atteinte par une flamme d'acétylène dans un chalumeau alimenté en oxygène pur est très élevée, de l'ordre de 2500°C. Ce qui permet la fusion de nombreux matériaux et l'emploi même sous l'eau pour découper les tôles des épaves.

Nomenclature.
    Les alcynes prenne un suffixe "yne"  après le préfixe relatif au nombre de carbones.

SOURCES.

    Bien que présente dans certaines molécules naturelles la triple liaison est assez rare.
Autrefois intermédiaire indispensable de la carbochimie, l'éthyne était formé par réaction de l'eau sur le carbure de calcium. Ce dernier résultait de l'action de coke sur la chaux vive à très haute température,  plus de 2500°C, dans des fours électriques.  Le côut élevé de cette production a fait abandonner cette filière au profit de la pétrochimie et du vapocraquage.
Préparation du Carbure de Calcium
préparationde l'éthyne
L'éthyne est encore produit, mais un peu moins cher par la pyrolyse du méthane, à 1000°C
inversion du méthane en acétylène

On prépare enfin des alcynes diverses par élimination par des bases très fortes sur des molécules possédant deux halogènes sur le même carbone ou deux carbones voisins
Ici emploi de la potasse concentrée (50%) à chaud.

double déhydrohalogénation par la potasse


REACTIVITE.

    Bien que sa production ait baissée, l'éthyne est encore produit pour plusieurs raisons. C'est un composé nécessaire à plusieurs synthèses industrielles et il est utilisé comme combustible du chalumeau oxy-acétylènique.
Oxydation

Les alcynes en général, et l'acétylène en particulier brûlent en libérant beaucoup d'énergie selon l'équation suivante.
2 H-Ctriple C-H  + 5 O2  flèche  4 CO2 + 2  H2O
Additions

Dihydrogène
Il donne des réactions d'addition, permettant de faire des alcènes par hydrogénation catalytique sur un catalyseur particulier à base de palladium empoisonné par un sel de plomb selon le procéde de LINDLAR,  donnant un alcène cis
cis hydrgénation
cis hydrogénation du but-2-yne

Eau
L'eau en présence de sel mercuriques en milieu acide s'additionne pour donner de l'éthanal à partir de l'éthyne et de la propanone à partir du propyne 

hydratation de l'éthyne
hydratatioj du propyne
 hydratation du butyne
Halogénures d'hydrogènes, HX.
La première hydrohalogénation donne un alcène monhalogéne. L'action de HCl sur l'éthyne donne donc le Clhoroethène, appelé Chlorure de vinyle et utilisé pour fabriquer le PVC. (Plovinylchlorid en anglais) ou polychlorure de vinyle.

hydrohalogénation de l'éthyne
Un seconde réaction sur le produit donnera la fixation d'un halogène sur le même carbone
double hydrohalogénation de l'éthyne

Dihalogènes. X2
Là encore deux additions successives sont possibles La première donne un  dihalogénoalcène. Avec Cl2 sur l'éthyne on aura le 1,2-dichloroéthène.
halogénation de l'éthyne
La seconde donnera un tétrahalogénoalcane. 2 Cl2 sur l'éthyne conduit au  1,1,2,2-tétrachloroéthane ou tétrachloréthane
double halogénation de l'éthyne




Les AROMATIQUES.

    On appelle aromatiques les composés dérivant du benzène. Cet hydrocarbure a posé de grosses difficultés aux chimistes pour déterminer sa structure.
De formule globale C6H6 c'est Kékulé qui le premier a proposé une forme cyclique avec une alternance de double et de simples liaisons.

STRUCTURE.

    La structure actuellement admise est plus subtile, la liaison n'est ni simple ni double. Sur un squelette hexagonal formé de simples liaisons classiques comportant deux électrons chacune, les six électrons restants apportés par chacun des six atomes de carbone se répartissent équitablement. Il n'est pas question à ce niveau de rentrer dans les détails et de proposer un modèle mathématique ou physique. Mais on peut donner les résultats des mesures expérimentales.
La forme est rigoureusement plane et hexagonale régulière, les angles des liaisons sont égaux entre eux à 120°.
Les distances entre les atomes de carbones sont égales entre elles et valent 0, 140 nm. Soit une longueur intermédiaire entre la liaison simple à 2 électrons 0, 154 nm et la liaison double à 4 électrons de 0,133 nm.
La stabilité de la molécule est plus importante que prévue s'il y avait alternance de liaisons simples et doubles.

On rencontre encore souvent le benzène écrit selon la forme de Kékulé, mais alors il faut envisager la résonnance entre les deux formes possibles selon la figure suivante:
mésomérie du benzène

car les électrons étant répartis sur toute la molécule, il ne faut pas les imaginer entre deux carbones particuliers, mais à la fois selon les deux formules.
On emploiera avantageusement soit les pointillés indiquantt la présence de la moitié d'un doublet en moyenne entre deux carbones ou l'écriture admise actuellement qui place un cercle au centre de l'hexagone pour symboliser la présence des six électrons sur toute la molécule.
notation en pointillé         cercle dans benzène

Il s'agit donc d'un type de liaison nouveau que l'on doit classer et étudier séparément des autres hydrocarbures.

SOURCES.

    L'origine végétale du benzène, tiré du benjoin, n'a qu'un intérêt historique, bien que cette structure est présente dans beaucoup de molécules d'origine végétale ou animale. Le benzène est surtout extrait des goudrons de houilles ou des résidus pétroliers. Il est très peu présent dans le petrole brut, mais les longues périodes de chauffe intense à laquelle est soumise la partie la plus lourde du pétrole pendant la distillation provoque des réaction de formation de composés aromatiques et polyaromatiques.
 La préparation industrielle est une réaction analogue au craquage et est appellée déhydrocyclisation.
CH3—( CH2)—CH3 + cata. Cr 2O3 à 550° fleche C6H6 + 4 H2


REACTIVITE.

    Bien que faisant partie des insaturés les aromatiques donnent difficilement des réactions d'addition, le brome, l'eau, les acides halogénés ne donnent rien à froid et dans l'obscurité.
Ces réactions ne donnent pas d'addition partielle sur une des "doubles liaisons" mais uniquement sur tout le cycle "TOUT ou RIEN" montrant bien le caractère spécifique du cycle aromatique
 L'addition de dihydrogène en présence de catalyseur est difficile et nécessite chaleur et pression, elle conduit au cyclohexane.

L'addition de chlore ou de brome est possible en présence de lumière ou de chaleur, elle donne un composé hexasubstitué , l'hexachlorocyclohexane.
chloration du bebzène


    Par contre il donnent en présence de catalyseurs particuliers, acides ou acides de Lewis, assez facilement des réactions de substitutions.
Avec l'acide nitrique on obtient le nitrobenzène, avec une catalyse à l'acide sulfurique.
nitration du benzène

Avec le chlore en présence de chlorure d'aluminium comme catalyseur on obtient du chlorobenzène.
monohalogénation du benzène

Avec des dérives halogénés et le chlorure d'aluminium, on fixe un groupe alkyle sur le cycle, par exemple le chlorométhane conduit ainsi au TOLUENE ou méthyl benzène.
Méthylation du benzène

Avec le chlorures d'acideset le chlorure d'aluminium, on fixe un groupe R-C=O, groupe Acyle, (ou Alkoxyde), sur le cycle donnant une cétone aromatique, comme par exemple, l'acétophénone  ou phénylméthylcétone.
Acylation du benzène

Le propène, en présence d'acide phosphorique comme catalyseur, donne l'isopropylbenzène, ou CUMENE, qui dans l'industrie est transformé en propanone et en phénol par action de l'oxygène.
Condensation du propène sur le bezène Phenol et Acétone

Ces quatres familles d'hydrocarbures constituent la base de la chimie organique. Nous allons voir par la suite les composés organiques oxygénés