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Page 1: HYDROCARBURES  ET  DERIVES  HALOGENES

HYDROCARBURES ET

DERIVES HALOGENES

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GénéralitéLes hydrocarbures sont des composés organiques constitués uniquement de C et de H . On les classifie d’après les structures de la chaîne carbonée et d’après le degré de saturation de l’atome de carbone:(alcanes, alcènes, alcynes et benzéniques).

La substitution d’un H (ou de plusieurs) par un X (ou plusieurs) sur un hydrocarbureconduit aux dérivés halogénés.

HYDROCARBURES

H. Acycliques H. Cycliques

Non Saturés H.Alicycliques H.Aromatiques

Alcanes Alcènes Alcynes

Saturés

C CC C C C

C C

C C

homologues

naphtalène

anthracène

CnH2n+2 CnH2n CnH2n-2

n>2 n>2n entier ,n entier,

benzène et

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I-LES ALCANES1- Définition: Les alcanes sont des hydrocarbures saturés ou paraffines (peu réactifs) de formule brute CnH2n+2 (acycliques) et CnH2n (monocycliques). Ils sont représentés par R-H, R étant le groupe alkyle (ou alcoyle). R = CnH2n+1 -

2- Nomenclature : Selon l’UICPA,le nom est formé par la juxtaposition: où:

- le préfixe exprime la nature et le nombre de groupes alkyles par ordre alphabétique installés sur le squelette de base ainsi que leur emplacement ; - le radical rend compte du nombre de C du squelette de base ; - le suffixe ane est caractéristique des alcanes.

Préfixe RADICAL ane

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2-1 Alcanes non ramifiés

Ils n’auront pas de préfixe. A l’exception des quatre 1ers termes, le nom est constitué d’un radical exprimant le nombre d’atomes de carbone et de la terminaison ANE.Ils sont aussi désignés comme alcanes normaux Nombre de

Carbone Nom de

L’alcane

Nombre de

Carbone

Nom de

L’alcane 1 Méthane 15 Pentadécane 2 Ethane 20 Icosane 3 Propane 21 Henicosane 4 Butane 22 Docosane 5 Pentane 23 Tricosane 6 Hexane 24 Tétracosane 7 Heptane 30 Triacontane 8 Octane 31 Hentriacontane 9 Nonane 32 Dotriacontane

10 Décane 33 Tritriacontane 11 Undécane 40 Tétracontane 12 Dodécane 50 Pentacontane 13 tridécane 100 Hectane 14 Tétradécane

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2-2 Substituants (ou groupes alkyles univalents)

Groupes alkyles normaux ou simples: Les noms des substituants alkyles dans la formation du nom de l’alcane dérivent du remplacement de –ane par -yle.

Groupes alkyles complexes ou substitués (substituants complexes): Ce sont des groupes alkyles portant eux-mêmes des groupes alkyles plus petits.

CH4Méthane

CH3Méthyle (Me)

CH3 CH3Ethane

CH3 CH2

Ethyle (Et)

CH3 CH2 CH3

PropaneCH3 CH2 CH2

Propyle (Pr)n-Propyle (n-Pr)

CH3 CH

CH3

12

Isopropyle (i-Pr)ou

1-Méthyléthyle

CH3 CH CH2

CH3

CH3 CH2 CH

CH3

CH3 C

CH3

CH3

CH3 C

CH3

CH3

CH2

Isobutyleou

2-Méthylpropyle

sec-Butyleou

1-Méthylpropyle

tert-Butyleou

1,1-Diméthyléthyle

Néopentyleou

2,2-Diméthylpropyle

1 1 1 12 2 2 23 3 3

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2-3 Alcanes ramifiés-La multiplicité des groupes alkyles simples est marquée par di, tri, tétra,… pour 2, 3, 4, … groupes identiques (sans préjudice sur l’ordre alphabétique).

-Quant aux groupes alkyles ramifiés, leur nom est mis entre parenthèses et leur multiplicité est marquée par bis, tris, tétrakis, … pour 2, 3, 4, … groupes identiques (sans préjudice sur l’ordre alphabétique).

-Comme règle d’écriture les substituants complexes sont mis entre parenthèses. et les groupes alkyles substitués sont numérotés à partir du carbone attaché au substrat tout au long de la plus longue chaîne latérale 

- Les préfixes sec- et tert- sont ignorés dans l’ordre alphabétique mais entre eux : sec-Butyle > tert-Butyle > isobutyle.

- les stéréodescripteurs sont placés devant en italique et dans l’ordre R ou S, Z ou E, + ou - entre parenthèses suivi d’un tiret. On marque cis/trans, méso, érythro/thréo en italique suivi d’un tiret.

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TD-11- Nommez selon l’UICPA : A: B:

C:

Rép: A: 2-Méthylbutane

B: 2,2-Diméthylpentane

C: 3-Ethyl-2,5-diméthylheptane

CH3 CH2 CH CH3

CH3

CH3 CH2 CH CH2

CH3

CH

CH2 CH3

CH

CH3

CH3

CH3 C

CH3

CH3

CH2 CH3

CH3 CH2 CH CH3

CH3

124 3

CH3 C

CH3

CH3

CH2 CH2 CH31 2 3 4 5

CH3 CH2 CH CH2

CH3

CH

CH2 CH3

CH

CH3

CH31234567

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TD-2

1- Nommez selon l’UICPAA:

A= 7-Ethyl-2,4-diméthylnonane

B:

Le 1e nommé doit recevoir l’indice le plus faible B= 3-Ethyl-4-méthylhexaneC:

La Chaîne principale doit avoir le maximum de substituants C= 3-Ethyl-2-méthylpentane

12

3

47

9

1 4362

1

23

5

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TD-3

2- Nommez selon l’UICPA D:

Rép. D= 5-(1,1-diméthylpropyl)nonane ou 5-tertiopentylnonane

E:

E= 4-Ethyl-5,6,9-tris(1,1-diméthylpropyl)tridécane ou 4-Ethyl-5,6,9-tritertiopentyltridécane

2'

1'3'

4 156913

1'

2'3'

159

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3- CYCLOALCANES3-1 Cycloalcanes monocycliques Préfixe cyclo + nom de l’alcane parent (dimension du cycle)Numéroter les carbones du cycle de façon à attribuer les bas nombres aux substituants (facultatif pour un seul substituant)

Si le « substituant » est de plus grande dimension, c’est lui qui est l’alcane substitué (cycloalkylalcane).

tert-butylcyclopentane ou(1,1-dimétyléthyl)cyclopentane 3-éthyl-1,1-diméthylcyclohexane

1

31

3- cyclopropylpentane

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3-2 Alcanes monospiranniques Les alcanes monospiranniques sont des alcanes constitués de 2 cycles ayant un carbone en commun appelé carbone spirannique.On construit leur nom avec le préfixe spiro + nom de l’alcane à même nombre de carbone. La taille des deux cycles est entre crochets par ordre croissant séparée par un point :

On numérote à partir d’un carbone voisin du carbone spirannique du plus petit cycle si possible à l’atome spirannique, puis le second cycle

spiro 3 5 nonane

2,6-diméthylspiro 4 5 décane

1

2

6

4

5

7

3

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3-3 ALCANES BICYCLIQUESLes alcanes bicycliques ont 2 carbones en commun appelés têtes de pontLeur nom se construit de la façon suivante : bicyclo[ x . y. z] alcane avec x, y, z comme nombre de carbone dans l’ordre décroissant entre les têtes de pont. Ici la numérotation part d’une tête de pont, se poursuit sur la plus longue chaîne jusqu’à l’autre tête de pont, continue sur l’autre plus longue branche vers la tête de pont de départ et enfin le long de la plus courte chaîne vers la seconde tête de pont.

7- méthylbicyclo[2.2.1]heptane

4- éthyl-2- isopropylbicyclo[4.1.0]heptane

1

2

45

6

3

7

12

45

6

7

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T.D.Nommez selon l’UICPA: A: B: C:

Rép: A= 2-(1-méthylpropyl)-6,10-diméthylspiro[4.5]décane

B= 2-Ethyl-4,4-diméthylbicyclo[4.3.0]nonane

C= 2-Ethyl-1,7,7-triméthylbicyclo[2.2.1]heptane

CH3

CH3CH3

CH3

12

3 4

5

6

10

1'3' 2'

1

2345

6

7

8 9

12

34

6

5

7

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4- Accès3 groupes de méthodes d’obtention des alcanes:- méthodes dans laquelle il n’y a pas de modification de la

chaîne- méthodes de rallongement de la chaîne- méthodes de dégradation de la chaîne4-1 Pas de modification de la chaîne a)-

-Alcènes

-Alcynes

halogénés

Hydrogénation catalytique (Ni,Pt, Pd...sous pression et t°) des:

R CH CH2

R C CH

R CH2 CH2X

R CH2 CH3

H2

HI++

[Pd]

X=I

X=Cl

+H2

H2+

Dérivés-

-HCl-

I2-

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b) Réduction des aldéhydes et des cétones b1)

b2)

R C R'

O

R CH2 R'

hydrazine

H2N NH2

R C R'

O

Clémensen

Wolf et Kischner/ OH -, t°

+ H2 / Zn, H+2

+

,t°

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4-2 Méthodes de rallongement de la chaîne

a) Méthode de Würtz

b) Méthode d’électrolyse des sels alcalins et des acides gras

Cl RR Cl + 2Na + R R + NaCl2

R Cl + 2Na Cl R'+R RR R'R' R'

Mélange + NaCl2

R COO- Na+

CathodeAnode

RCOO-2 2e-

RCOO2 CO2 + 2R2R R R

RCOO2

Na+ + e- Na

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4-3 Méthode de dégradation de la chaîneDégradation des acides gras par pyrogination des sels de sodium en présence de soude

R COONa + NaOH R H + Na2CO3t°

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5- Caractéristiques physiques 

Peu solubles dans l’eau avec des points de fusion inférieurs à 100°C et des densités de l’ordre de 0,7.Les températures d’ébullition diminuent avec la ramification et augmentent avec la cyclisation.

C

1,54 A°

1,10 A°109,5°

C

H

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6- Propriétés chimiques 6-1 Réactivité Par cassure des liaisons s (C-C lors des réactions de combustion et C-H lors des réactions de substitution, respectivement pour 350 et 400 kJ.mol-1)  

Cl2 est plus réactif que Br2 mais moins sélectif lors des SR. les agents d’halogénation plus commodes sont : le chlorure de sulfuryle (SO2Cl2), le chlorure de sulfonyle (SOCl2) et le NBS :

N-bromosuccinimide (NBS)

CHX2,h O2 CO2 + H2O +Q kJCXHX +

N

O

O

Br

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6-2 RéactionsLes réactions à chaud (autoxydation, nitration, sulfonation, alkylation, et méthylénation) peuvent être mentionnées comme réactions de fonctionalisation ou d’alkylation 

(méthylation)

+ O O

-H2O

R H R O OH

R H + HO NO2 R NO2

(autooxydation)

(nitration)

R H + HO SO3H-H2O

R SO3H

R H+

CH=CH2R'CH

R'

RCH3 (Ipatieff)

(sulfonation)

(alkylation)

R3C-H + CH2N2 R3C-CH3 + N2

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TD

Déterminer la structure d’alcane de la formule brute C6H14 formé par la réaction de Wurtz sans produit secondaire. La monobromation de cet alcane donne majoritairement un dérivé tertiaire de formule brute C6H13Br. Ecrire les réactions et nommer les produits.Rép.1- Ecrivons tous les alcanes ayant pour formule brute C6H14

2-Strucure de l’alcaneLa monobromation donnant un dérivé tertiaire; (A) et (D ) sont exclus car pas de carbone tertiaire dans leur structure . (C) exclu car donnant des produits secondaires par Wurtz comme: R-R, R-R’, R’-R’. La structure de l’alcane est donc celle de ( E)

CH3 CH2 CH2 CH2 CH2 CH3A CH3 CH2 CH2 CH CH3

CH3

B

CH3 CH2 CH CH2 CH3

CH3

C

CH2 CH3CCH3

CH3

CH3

DCH3 CH CH CH3

CH3 CH3

E

(suite )

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(suite) 3- Structure de l’alcane et réactions

Obtention de E par la réaction de Würtz ; pour éviter le mélange de produits, il

faut un seul halogénure , donc scinder le 2,3-diméthylbutane symétriquement

Réaction:

Réaction de monobromation:

CH3 CH CH CH3

CH3 CH3

c'est le 2,3-diméthylbutane=E

CH3 CHBr CH3

BrCH CH3

CH3

+ 2 Na + CH3 CH

CH3

CH CH3

CH3

+ NaBr2

CH3 CH

CH3

CH CH3

CH3

CH3 C

CH3

Br

CH

CH3

CH3/ lumièreBr2

- HBr

2-bromo-2,3- diméthylbutane

CH3 CH CH CH3

CH3 CH3

donne CH3 CH

CH3

Br

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FIN


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