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HYDROCARBURES
ET
DERIVES HALOGENES
Généralité
Les 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).
HYDROCARBURES
H . A cy cliq u es
S atu rés
N o n S atu rés
A lca n es
A lcèn es
C nH 2n+2
C nH 2n
n en tier
C
H .A licy cliq u es
C
C
H .A ro m atiq u es
b en zèn e et
h o m o lo g u es
A lcy n es
C n H 2 n -2
n > 2 , n en tier, n > 2
C
C
H . C y cliq u es
C
C
C
C
C
n ap h talèn e
an th racèn e
La substitution d’un H (ou de plusieurs) par un X (ou plusieurs) sur un hydrocarbure
conduit aux dérivés halogénés.
I-LES ALCANES
1- 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: Préfixe RADICAL ane 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.
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
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
Nom de
Nombre de
Nom de
L’alcane
Méthane
Ethane
Propane
Butane
Pentane
Hexane
Heptane
Octane
Nonane
Décane
Undécane
Dodécane
tridécane
Tétradécane
Carbone
15
20
21
22
23
24
30
31
32
33
40
50
100
L’alcane
Pentadécane
Icosane
Henicosane
Docosane
Tricosane
Tétracosane
Triacontane
Hentriacontane
Dotriacontane
Tritriacontane
Tétracontane
Pentacontane
Hectane
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.
CH4
M éth an e
CH3 CH2 CH3
CH3 CH2
CH3 CH3
CH3
M éth y le (M e)
E th an e
E th y le (E t)
CH3 CH2 CH2
P ro p an e
P ro p y le (P r)
n -P ro p y le (n-P r)
Groupes alkyles complexes ou substitués (substituants complexes): Ce sont des
groupes alkyles portant eux-mêmes des groupes alkyles plus petits.
2
1
CH3 CH
CH3
Iso p ro p y le (i-P r)
ou
1 -M é th y léth y le
3
2
CH3 CH
1
CH2
CH3
Iso b u ty le
ou
2 -M é th y lp ro p y le
3
2
1
CH3 CH2 CH
CH3
se c-B u ty le
ou
1 -M éth y lp ro p y le
2
CH3
CH3 C
1
CH3
te rt-B u ty le
ou
1 ,1 -D im é th y lé th y le
CH3
3
2
CH3 C
1
CH2
CH3
N éo p en ty le
ou
2 ,2 -D im éth y lp ro p y le
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.
TD-1
1- Nommez selon l’UICPA :
A: C H 3 C H 2 C H C H 3
CH3
B:
CH3 C
CH2 CH3
CH3
CH3
CH2 CH3
C:
Rép: A:
2
3
4
CH3 CH2 CH
CH
CH3
1
CH3 CH2 CH
CH2
CH
CH3
CH3
CH3
CH3
2-Méthylbutane
CH3
1
B:
3
4
CH2
CH2 CH3
2
CH3 C
5
2,2-Diméthylpentane
CH3
C:
7
6
5
CH3 CH2 CH
CH3
CH2 CH3
4
CH2
3
CH
2
CH
CH3
1
CH3
3-Ethyl-2,5-diméthylheptane
TD-2
1- Nommez selon l’UICPA
A:
4
2
7
1
9
A= 7-Ethyl-2,4-diméthylnonane
3
B:
2
6
3
1
4
Le 1e nommé doit recevoir l’indice le plus faible
B= 3-Ethyl-4-méthylhexane
C:
3
5
2
1
La Chaîne principale doit avoir le maximum de substituants
C= 3-Ethyl-2-méthylpentane
TD-3
2- Nommez selon l’UICPA
D:
9
5
1
1'
Rép. D= 5-(1,1-diméthylpropyl)nonane ou
5-tertiopentylnonane
3'
2'
E:
13
9
6
5
4
1
1'
2'
3'
E= 4-Ethyl-5,6,9-tris(1,1-diméthylpropyl)tridécane
ou 4-Ethyl-5,6,9-tritertiopentyltridécane
3- CYCLOALCANES
3-1 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)
1
1
3
tert-buty lcy clopentane
ou
(1,1-dim éty léthy l)cy clopentane
3-éthy l-1,1-dim éthy lcy clohexane
Si le « substituant » est de plus grande dimension, c’est lui qui est l’alcane substitué
(cycloalkylalcane).
3 - cy clo p ro p y lp en tan e
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 :
spiro 3 5 nonane
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
4
3
2,6-dim éthy lspiro 4
2
5
1
6
7
5
décane
3-3 ALCANES BICYCLIQUES
Les alcanes bicycliques ont 2 carbones en commun appelés têtes de pont
Leur 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.
4
4
5
3
5
7
2
2
6
7
1
1
6
7- m éthy lbicy clo[2.2.1]heptane
4- éthy l-2- isopropy lbicy clo[4.1.0]heptane
Nommez selon l’UICPA:
C:
A:
T.D.
CH3
B:
CH3
CH3
4
3
10
Rép:
5
2 1
A= 2-(1-méthylpropyl)-6,10-diméthylspiro[4.5]décane
1'
3' 2'
CH3
5
6
4
3
2
6
7
B= 2-Ethyl-4,4-diméthylbicyclo[4.3.0]nonane
1
8
9
7
1
2
6
4
3
C= 2-Ethyl-1,7,7-triméthylbicyclo[2.2.1]heptane
5
4- Accès
3 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 chaîne
4-1 Pas de modification de la chaîne
a)-H y drogénation cataly tique (N i,P t, P d...sous pression et t°) des:
-A lcènes R
CH
-A lcy nes R - C
- D érivés R
halogénés
CH2
CH2
CH
X =Cl
C H 2X
X =I
+ H2
+ H2
R
-H C l
- I2
+ H 2 [P d]
+ HI
CH2 CH3
b) Réduction des aldéhydes et des cétones
b1)
C lém en sen R
C
R'
+ 2 H 2 / Z n, H +,t°
O
R
b2)
W olf et K isch ner R
C
R'
O
+ H 2N
N H 2 / O H - , t°
hydrazine
CH2 R'
4-2 Méthodes de rallongement de la chaîne
a) Méthode de Würtz
R
R
Cl + 2Na + Cl R
Cl + 2Na + Cl R'
R
R
R
R
R'
R + 2 N aC l
M élan g e + 2 N aC l
R' R'
b) Méthode d’électrolyse des sels alcalins et des acides gras
R
-
COO Na
C a th o d e N a + + e-
A node
2 RCOO
-
2e-
2R C O O
2R
2R C O O
C O 2 + 2R
R
+
R
Na
4-3 Méthode de dégradation de la chaîne
Dégradation des acides gras par pyrogination
des sels de sodium en présence de soude
R
C O O N a + N aO H
t°
R
H + N a2C O 3
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.
°
1 ,1 0 A
1 0 9 ,5 °
C
°
1 ,5 4 A
C
H
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)
HX + X
C
X 2 ,h
H
C
O2
C O 2 + H 2 O + Q kJ
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 :
O
N
O
Br
N-bromosuccinimide (NBS)
6-2 Réactions
Les réactions à chaud (autoxydation, nitration, sulfonation, alkylation,
et méthylénation) peuvent être mentionnées comme réactions de
fonctionalisation ou d’alkylation
R
H +
O
O
R
H +
HO
R
O
R
NO2
(au to o x y d a tio n )
OH
N O 2 (nitra tio n )
-H 2 O
H
R
+
HO
S O 3H
R
S O 3 H (su lfo n a tio n )
-H 2 O
R
R
H
+
R 'C H = C H 2
R 3 C-H + CH 2 N 2
CH
CH3
(Ip atieff)
(a lk y la tio n )
R'
R 3 C-CH 3 + N 2
(méthylation)
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
A CH3 CH2 CH2 CH2 CH2 CH3
C CH3 CH2 CH CH2 CH3
CH3
E
CH3 CH CH CH3
CH3 CH3
B CH3 CH2 CH2 CH CH3
CH3
CH 3
D
CH 3
C
CH 2 CH 3
CH 3
2-Strucure de l’alcane
La 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)(suite )
(suite) 3- Structure de l’alcane et réactions
E = CH3 CH CH CH3 c'est le 2,3-diméthylbutane
CH3 CH3
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
CH3 CH
CH
C H 3 donne C H 3 C H
CH3
CH3 CH3
Réaction:
Br
CH3 CHBr + 2Na + BrCH CH3
CH3
CH3
CH3 CH CH CH3 + 2NaBr
CH3 CH3
Réaction de monobromation:
CH3 CH
CH
CH3 CH3
CH3
Br2 / lumière
- HBr
Br
CH3 C
CH
CH3
CH3CH3
2-bromo-2,3- diméthylbutane
FIN

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