Objectifs:
— Montrer le caractère insaturé des alcènes et alcynes ainsi que l’importance de leurs dérivés dans le monde actuel.
II . Structures, nomenclatures et isomères des alcènes.
De formule générale \({C_n}{H_{2n}}\) avec n ≥ 2, on a, Pour :
n= 2 C2H4 éthylène ,
n=3 C3H6 propène ,
n=4 C4H8 butène
...
II-1 Molécule d’éthylène
L éthylène est le premier composé de la série des alcènes, sa formule brute est C2H4
Les six atomes de la molécule sont coplanaires: la molécule est plane
En remplaçant un ou plusieurs atomes d’hydrogène de la molécule d’éthylène par un ou plusieurs groupements alkyles, on obtient une famille d’hydrocarbures présentant toutes une double liaison : ce sont les alcènes.
II-2 Nomenclature des alcènes
De manière générale, Le nom d’un alcène s’obtient à partir du nom de l’alcane correspondant en remplaçant la terminaison << ane >> par << ène >>, précédé, entre tirets, de l’indice de position de la double liaison. La position de la double liaison est indiquée par le numéro de l'atome de carbone doublement lié qui possède l'indice le plus petit.
Exemple 1 :\(\begin{array}{*{20}{c}}{}&{C{H_3}}&{C{H_3}}&{}\\{}&|&|&{}\\{C{H_2} = }&{C - }&C&{ - C{H_3}}\end{array}\)
La chaîne principale est celle la plus longue contenant la double liaison.
La chaîne carbonée la plus longue a 4 atomes de carbone et la double liaison est à la position une (1) . On a le groupe méthyle en 2 et en 3.
D’ où le nom : 2,3-diméthylbut-1-ène
Exemple 2 :
La chaîne carbonée la plus longue a 6 atomes de carbone, la double liaison est à la position 3 aussi bien à partir de la gauche qu’à partir de la droite, mais le premier substituant est à la position d’indice plus petite (2<3)
à partir de la droite: le sens le plus approprié est celui de la droite vers la gauche.
D’où le nom : 2,4-diméthylhex-3-ène
II-3 L’isomérie des alcènes
Les alcènes possèdent deux types d’isomérie:
— L’isomérie de position due à la position de la double liaison dans le squelette carboné
Pent-2 ène
Pent-1-ène
— L’isomérie de configuration due à la position dans l’espace des radicaux. Lorsque les deux atomes d’hydrogène sont de part et d’autre du plan de la double liaison C=C, nous avons la configuration de type (E) (Entgegen: opposés)
On obtient la configuration de type (Z) (Zusammen = ensemble) lorsque les groupes méthyle sont du même côté par rapport au plan de la double liaison
Ces deux configurations ne différent que par la position des groupes méthyles dans l’espace : ce sont des stéréo-isomères.
III . Structures, nomenclatures et isomères des alcynes.
Les alcynes sont des hydrocarbures à chaîne ouverte dont la molécule comporte une triple liaison.
De formule générale \({C_n}{H_{2n - 2}}\) avec n ≥ 2, on a, Pour :
n= 2 C2H2 éthyne ou acétylène ,
n=3 C3H6 propyne ,
n=4 C4H8 butyne
...
II-1 Molécule d’acétylène
L’acétylène est le premier composé de la série des alcynes, sa formule brute est C2H2.
Les noyaux des quatre atomes sont linéaires.
III-2 Nomenclature des alcynes
Même nomenclature que les alcènes. Pour les nommer, il faut remplacer le suffixe "ène" de l’alcène correspondant par le suffixe "yne".
Exemple : \(\begin{array}{*{20}{c}}{}&{C{H_3}}&{C{H_3}}&{}&{}\\{}&|&|&{}&{}\\{C{H_3} - }&{CH - }&{CH - }&{C \equiv }&{CH}\end{array}\) 3,4-diméthylpen-1-yne
IV -Propriétés chimiques
IV-1 La combustion
La combustion complète de ces hydrocarbures donnent du dioxyde de carbone et de l’eau suivant les équations :
Pour les alcènes :
\({C_n}{H_{2n}} + \frac{{3n}}{2}{O_2}\) \( \to \) \(nC{O_2} + n{H_2}O\)
Pour les alcynes :
\({C_n}{H_{2n - 2}} + \frac{{3n - 1}}{2}{O_2}\) \( \to \) \(nC{O_2} + (n - 1){H_2}O\)
IV-2. Réactions d’addition
Les alcènes et les alcynes présentent des liaisons multiples qui peuvent fixer d’autres atomes ou groupes d’atomes.
IV-2-1 Addition du dihydrogène ou hydrogénation
IV-2-1-1 Cas des alcènes :
La réaction s’effectue en présence de nickel (Ni), de platine (Pt) ou de palladium (Pd) à 25°C et à la pression 1 bar et produit des alcanes suivant l’équation
\({C_n}{H_{2n}} + {H_2} \to {C_n}{H_{2n + 2}}\)
IV-2-1-1 Cas des alcynes
En présence d’un catalyseur peu actif ( palladium ), l'hydrogénation d’un alcyne conduit à l'alcène.
\({C_n}{H_{2n - 2}} + {H_2} \to {C_n}{H_{2n}}\)
L'hydrogénation en présence de nickel de Raney (nickel réduit) plus actif conduit à l'alcane.
\({C_n}{H_{2n - 2}} + 2{H_2} \to {C_n}{H_{2n + 2}}\)
IV-2-2 Halogénation ou addition d’halogène
C’est le fait d'introduire des halogènes dans une molécule. L'action du brome Br2 ou du chlore Cl2 à l'état pur ou en solution sur les alcènes, conduit rapidement et à froid aux dérivés dihalogénés correspondants.
a) 2-méthylbut-2–ène
b) 2,3-dibromo-2-méthylbutane
IV-2-3 Hydratation ou addition d’eau
IV-2-3-1 Cas des alcènes
C’est l'addition de l'eau sur un composé éthylénique.
Elle conduit à la formation d'un alcool. Avec les alcènes substitués, il suffit d'utiliser un acide dilué. L'ion H+ est alors un catalyseur de la réaction :
\(\underbrace {{C_2}{H_4}}_{{\rm{\'e thyl\`e ne}}} + {H_2}O \to \underbrace {{C_2}{H_5} - OH}_{{\rm{\'e thanol}}}\)
De manière générale, l’hydratation d’un alcène dissymétrique ( celui dont les deux atomes de carbone de la double liaison ne sont pas identiques) a pour équation :
Le produit majoritaire s’obtient à partir d’une règle générale connue sous le nom de règle de Markovnikov
Au cours de l’addition d’un composé hydrogéné sur un alcène dissymétrique, l’atome d’hydrogène se fixe de préférence sur l’atome de carbone le plus hydrogéné.
IV-2-3-2 Cas des alcynes
L'addition d'eau sur les alcynes est catalysée par les ions mercure II (Hg2+). A partir d'un alcyne, on obtient un aldéhyde. Suivant l’équation générale :
Les alcynes disubstitués produisent des cétones suivant l’équation.
V. La réaction de polymérisation
Elle consiste en une addition répétée (polyaddition) d'un très grand nombre de molécules insaturées identiques appelées monomères.
Elle conduit à une macromolécule appelée polymère. Le monomère doit contenir au moins une liaison double C=C.
De manière générale
n est appelé indice ou degré de polymérisation il vaut : \(n = \frac{{{M_{{\rm{polym\`e re}}}}}}{{{M_{{\rm{monom\`e re}}}}}}\) avec M la mase molaire en g/mol
Le groupe —CH2 —CHA— est appelé motif du polymère.
Les oléfines sont des hydrocarbures éthyléniques (qui renferme la double liaison caractéristique de l'éthylène )
VI Préparation de l’acétylène au laboratoire
Cet hydrocarbure a été isolé par M. Berthelot en 1860. Sa synthèse à partir du carbure de calcium est due au chimiste français H. Moissan. Le carbure de calcium est obtenu par réduction de l'oxyde de calcium au four électrique. Cette réaction consomme une quantité importante d'énergie.
\(Ca{C_2} + 2{H_2}O\) \( \to \) \({C_2}{H_2} + Ca{(OH)_2}\)
De nos jours, la préparation industrielle de l'acétylène est effectuée par déshydrogénation thermique du méthane ou de l'éthane à haute température
\(2C{H_4} \to {C_2}{H_2} + 3{H_2}\) ou \({C_2}{H_4} \to {C_2}{H_2} + {H_2}\)
