ALCANES : MOLÉCULES DÉPOURVUES DE GROUPES FONCTIONNELS

1. ALCANES : MOLÉCULES DÉPOURVUES DE GROUPES FONCTIONNELS CHAPITRE 2 Vollhardt – Chapitre 2

2. 2.1 LES GROUPES FONCTIONNELS: LES CENTRES DE RÉACTIVITÉ • Les hydrocarbures sont des molécules qui contiennent uniquement de l’H et du C. • CxHy

3. HYDROCARBURES

4. FORMULES STRUCTURALES Alcanes saturés : CnH2n+2 1 insaturation : CnH2n Chaque 2H en moins = 1 insaturation. • Insaturations : • liaison double (1 insaturation) • liaison triple (2 insaturations) • cycle (1 insaturation) • C=O (1 insaturation) Saturé : pas de liaisons multiples

5. GROUPES FONCTIONNELS AVEC LIAISONS POLAIRES • Halogénoalcanes (contiennent les groupements fluoro, chloro, bromo, iodo) • Alcools (contiennent un groupement hydroxyle) • Éthers (contiennent un groupement alcoxy) • Aldéhydes (contiennent un groupement carbonyle) • Cétones (contiennent un groupement carbonyle) • Acides carboxyliques (contiennent un groupement carboxyle) • Amines (contiennent un groupement amine) • Thiols (contiennent un groupement thiol)

6. R => REPRÉSENTE UN FRAGMENT D’UNE MOLÉCULE • R => radical ou reste = un groupe alkyle • Exemple: R-OH • R, R’ et R” => Dans les structures où il y a plusieurs groupes alkyles • Exemples: R-O-R, R-O-R’ et R-CO2R’ • Voir tableau 2-1, pages 54-55 (3e Ed.) ou tableau 2-3 pages 66-67 (4e Ed.)

7. 2.2 LES ALCANES À CHAÎNE DROITE ET LES ALCANES RAMIFIÉS 2 CH3 seulement + de 2 CH3

8. LES ALCANES À CHAÎNE DROITE NB Les noms des longues chaînes ne sont pas abrégés en général. 7 carbones : hepta 8 carbones : octa 9 carbones : nona 10 carbones : déca 11 carbones : undéca 12 carbones : dodéca

9. LES ALCANES RAMIFIÉS • Isomères de constitutions (de structures) des alcanes à chaîne droite (CnH2n+2)

10. LES ALCANES RAMIFIÉS

11. LES ALCANES RAMIFIÉS Règle de nomenclature : 1) Choix de la chaîne principale « La chaîne droite la plus longue » (ici, 3 chaînes possibles) 2) Détermination des substituants sur la chaîne principale ramification, CH3, méthyl 3) Numérotage de la chaîne principale numérotage allant d’une extrémité à l’autre ; règle du plus petit indice 4) Assemblage du nom final substituant(s) avant la chaîne principale indice de position avant ce qu’il qualifie (3-méthyl)

12. LES ALCANES RAMIFIÉS Règle de nomenclature : 1) Choix de la chaîne principale « La chaîne droite la plus longue » (ici, 3 chaînes possibles) 2) Détermination des substituants sur la chaîne principale ramification, CH3, méthyl 3) Numérotage de la chaîne principale numérotage allant d’une extrémité à l’autre ; règle du plus petit indice 4) Assemblage du nom final substituant(s) avant la chaîne principale indice de position avant ce qu’il qualifie (3-méthyl) = 3-méthylhexane

13. LES ALCANES RAMIFIÉS C primaire C secondaire C primaire butan-2-ol (s-butanol) butan-1-ol (n-butanol) 2-méthylpropan-1-ol (i-butanol) C tertiaire 2-méthylpropan-2-ol (t-butanol) Ibuprofen

14. LES ALCANES RAMIFIÉS primaires tertiaire secondaire quaternaire

15. LES ALCANES RAMIFIÉS

16. 2.3 LA NOMENCLATURE DES ALCANES • Nomenclature systématique et noms courants ou triviaux • IUPAC = L’Union internationale de chimie pure et appliquée • Le noms des alcanes à chaînes droite sont présentés au tableau 2-3 (ou 2-5). • Étymologie latine ou grecque => le nombre d’atomes de carbone présents dans la chaîne

17. GROUPES ALKYLE RAMIFIÉS • Noms triviaux vs noms systématiques: isopropyle vs 1-méthyléthyle, isobutyle vs 2-méthylpropyle, sec-butyle vs 1-méthylpropyle, tert-butyle vs 1,1-diméthyléthyle et néopentyle vs 2,2-diméthylpropyle (pas utilisé comme hydrure parental)

18. C et H => p, s, t (et q)

19. LA NOMENCLATURE SYSTÉMATIQUE IUPAC • #1. Repérer et nommer la chaîne (linéaire) la plus longue que l’on puisse trouver au sein de la molécule. Chaîne (hydrure) parentale et substituants • #2. Nommer tous les groupes carbonés greffés sur la plus longue chaîne en tant que substituants alkyle.

20. IUPAC (suite) • #3. Numéroter les carbones de la chaîne la plus longue en commençant par l’extrémité la plus proche d’un substituant. (si égale distance => ordre alphabétique) • #4. Écrire le nom de l’alcane en arrangeant tout d’abord tous les substituants par ordre alphabétique (chacun étant précédé par un tiret du numéro de l’atome de carbone auquel il est attaché), puis en y ajoutant le nom du substrat (exception : cyclo (préfixe non-séparable)).

21. IUPAC (suite) • #5. Un seul suffixe, correspondant à une fonctionalité, est utilisé. Selon la liste de priorité (par exemple, acide a priorité sur un alcool, …). Tous les autres  préfixe(s).

22. IUPAC Nomenclature En ordre de priorités attribuées aux différentes classes

23. IUPAC Nomenclature Exercices de nomenclature 5-sec-butyl-2,7-diméthylnonane 5-(1-méthylpropyl)-2,7-diméthylnonane

24. IUPAC Nomenclature Exercices de nomenclature 4-t-butyl-2,2,8,10,10-pentaméthylundécane 5-(1-éthyl-2-méthylpropyl)-6-pentylundécane

25. 2.4 STRUCTURES ET PROPRIÉTÉS PHYSIQUES DES ALCANES • Les alcanes présentent des structures moléculaires et des propriétés qui varient régulièrement

26. PROPRIÉTÉ PHYSIQUES DES ALCANES et d’autres groupements … • Point d’ébullition : • °T où un liquide devient un gaz • °T où la p de vapeur = p ambiante • °T où les forces retenant les molécules du liquide « ensemble » sont brisées • Donc, °T ébull. est fonction forces entre les molécules : forces  °T ébull. , forces  °T ébull.  • Quelles sont ces forces?

27. PROPRIÉTÉ PHYSIQUES DES ALCANES et d’autres groupements … Johannes Diderik van der Waals (1837-1923) Fritz London (1900-1954) • Alcanes retenus par de faibles forces • C et H,  électronégativité, lien non-polaire • Mais à tout moment, les é ne sont pas parfaitement répartis  faible dipôle temporaire • Ce dipôle en engendre un autre : forces de van der Waals (ou forces de London) • Les forces de van der Waals sont les + faibles des forces intermoléculaires.

28. PROPRIÉTÉ PHYSIQUES DES ALCANES et d’autres groupements … • forces de van der Waals  surface de contact • Petites molécules, petite surface de contact,  °T ébull. • + ramifié,  surface de contact,  °T ébull.

29. PROPRIÉTÉ PHYSIQUES DES ALCANES et d’autres groupements … • Entités polaires ? • Interactions dipôle-dipôle, + fortes que van der Waals • CH3NH2, CH3OCH3, CH3I, … (van der Waals) (van der Waals + dipôle-dipôle)

30. PROPRIÉTÉ PHYSIQUES DES ALCANES et d’autres groupements … • ROH, pt d’éb. , liens H • Liens H : dipôle-dipôle « spécial » entre un H (OH, NH, FH) et une paire d’é non-pairés d’un O, N ou F. NB lien H entre amines + faible qu’entre alcool  amines + volatiles

31. PROPRIÉTÉ PHYSIQUES DES ALCANES et d’autres groupements … • liens H ADN Nucléoside Base (adénine) 4 1 3 2 phosphate 2-déoxyribose

32. PROPRIÉTÉ PHYSIQUES DES ALCANES et d’autres groupements … • liens H ADN

33. PROPRIÉTÉ PHYSIQUES DES ALCANES et d’autres groupements … ADN • liens H Thymine Brin 2 Adénine Brin 1

34. PROPRIÉTÉ PHYSIQUES DES ALCANES et d’autres groupements … ADN • liens H Uracile Brin 2 (ARN seulement) Cytosine Brin 2 Adénine Brin 1 Guanine Brin 1

35. PROPRIÉTÉ PHYSIQUES DES ALCANES et d’autres groupements … ADN • liens H

36. PROPRIÉTÉ PHYSIQUES DES ALCANES et d’autres groupements … • ionique Forces coulombiennes

37. PROPRIÉTÉ PHYSIQUES DES ALCANES et d’autres groupements … • polaire • non-polaire Van der Waals dipôle-dipôle

38. PROPRIÉTÉ PHYSIQUES DES ALCANES et d’autres groupements … lien covalent (fort) attraction intermoléculaire (faible)

39. PROPRIÉTÉ PHYSIQUES DES ALCANES et d’autres groupements … • Solubilité • « Like dissolves like » : non-polaire dans non-polaire et polaire dans polaire

40. PROPRIÉTÉ PHYSIQUES DES ALCANES et d’autres groupements … • Solubilité • « Like dissolves like » : non-polaire dans non-polaire et polaire dans polaire • Ex. : soluté aqueux ; les dipôles de l’eau dissolvent les dipôles ou les charges du soluté

41. PROPRIÉTÉ PHYSIQUES DES ALCANES et d’autres groupements … • Solubilité CH3F très hydrosoluble CH3CH2F hydrosoluble CH3CH2CH2F peu hydrosoluble CH3CH2CH2CH2F hydroinsoluble

42. PROPRIÉTÉ PHYSIQUES DES ALCANES et d’autres groupements … • Est-ce que le glucose (et autres sucres) est soluble dans l’eau ? OUI ! • Est-ce que le DEET (Muskol) est hydrosoluble ? NON ! (~ 20-30% dans EtOH)

43. 2.5 ROTATION AUTOUR DES LIAISONS SIMPLES : CONFORMATIONS • Rotation “libre” autour de la liaison C-C simple • Barrière de rotation de seulement 12 kJmol-1 (une barrière de 73 kJmol-1 = 1 rotation/s à 25°C (v = 1s-1)) • Isomères conformationnels (conformères ou rotamères) • Analyse conformationnelle => étude du comportement thermodynamique et cinétique des conformères.

44. 2.5 ROTATION AUTOUR DES LIAISONS SIMPLES : CONFORMATIONS • Isomères de conformation (rotamère) ; différente « forme » d’une même molécule • Ne diffère que par la rotation d’un lien SIMPLE (pas de bris de liaison) • A mesure que les liens tournent, les atomes et les liaisons (donc les é) interagissent • Conformation favorisée = la +  en énergie

45. CONFORMATIONS:DÉCALÉE ET ÉCLIPSÉE énergie de torsion (torsionalstrain) entre deux liens adjacents répulsion des nuages électroniques

46. PROJECTION DE NEWMAN Melvin Newman 1908-1993

47. PROJECTION DE NEWMAN (suite) représentation conventionnelle représentations « sawhorse » projection de Newman vue à travers le lien C-C petit point : C devant grand cercle : C derrière

48. PROJECTION DE NEWMAN (suite) Décalée Éclipsée Décalée

49. 2.6 DIAGRAMMES D’ÉNERGIE POTENTIELLE • Les rotamères de l’éthane possèdent des énergies potentielles différentes • Rotation autour de la liaison C-C => énergie de rotation ou de torsion = 12.5 kJmole-1 • Diagramme d’énergie potentielle angle dièdre

50. DIAGRAMMES D’ÉNERGIE POTENTIELLE (suite) Éthane ET = État de transition, Ea = Énergie d’activation Eéclipsée > E décalée ? Stérique ?