Chapitre 4 chimie Flashcards
Réactions chimiques
Transformations au cours desquelles il se produit une réorganisation des liaisons chimiques entre les atomes (liaisons intramoléculaires). Le nombre et la nature des atomes ne sont jamais modifiés.
Substrat
Composé organique subissant la transformation
Flèches de réaction
Utilisées pour illustrer la transformation chimique ayant lieu entre les substances impliquées
Mécanisme réactionnel
Représentation des transformations qui surviennent au cours d’une réaction chimique. Il permet de visualiser les intermédiaires réactionnels formés. Ce sont les flèches de mécanisme, représentant le mouvement des électrons, qui permettent de suivre chacune des étapes de la transformation des réactifs en produits.
Flèche courbe à une pointe vs à demi-pointe
La flèche courbe à une pointe représente le mouvement de deux électrons, alors que la flèche courbe à demi-pointe représente le mouvement d’un seul électron.
Réactions d’addition
- Suppose qu’un ou plusieurs atomes provenant des réactifs s’additionnent sur le substrat pour donner un produit final. Les substrats sont insaturés (présence de liaisons pi)
- Perte d’insaturation(s)
Réactions d’élimination
- Inverse de la réaction d’addition
- Substrat subit une perte d’atomes sur une portion de sa structure moléculaire. Il s’ensuit la formation d’une ou de plusieurs liaisons pi.
- Gain d’insaturation(s)
Réactions de substitution
Substitution, un atome ou un groupe d’atomes sur le substrat est remplacé par un autre atome ou groupe d’atomes.
Réactions de réarrangement
- Restructuration d’une molécule; le substrat réorganise ses atomes. Il n’y a ni gain ni perte d’atomes.
- Cette réorganisation peut être spontanée ou occasionnée par un apport énergétique tel que la chaleur. Au cours d’un réarrangement, les atomes peuvent migrer afin d’optimiser la stabilité d’une molécule.
- Ainsi, le substrat et le produit final sont des isomères de constitution.
Réaction endothermique
delta H>0
Réaction exothermique
delta H < 0
État de transition (complexe activé)
Chaque réaction engendre un moment de niveau d’énergie maximale (de grande déstabilisation) appelé état de transition. Il s’agit en fait du sommet de la courbe.
Énergie d’activation
- Énergie minimale que les molécules entrant en collision doivent posséder pour qu’il y ait transformation des réactifs en produits.
- Plus l’énergie d’activation est élevée, plus la réaction est difficile et s’effectue lentement.
Étape limitante
- Étape la plus lente
- Correspond à celle dont l’état de transition est le plus haut en énergie.
- L’étape limitante caractérise la vitesse globale de la réaction.
Intermédiaire réactionnel
Peu stable, possède une énergie élevée et est très réactif. Sa durée de vie est très courte. Cette espèce chimique temporaire existe néanmoins et elle peut même être isolée, bien que difficilement dans la plupart des cas. En chimie organique, trois types d’intermédiaires sont rencontrés, soit les carbocations, les carbanions et les radicaux.
Carbocations
- Intermédiaires réactionnels où un carbone porte une charge positive, ayant subi la perte d’un de ses électrons de valence.
- Respecte pas la règle de l’octet (six électrons), donc très réactifs.
- Réagissent aussitôt avec des espèces chimiques riches en électrons pour compléter l’octet du carbone chargé positivement; ce sont des accepteurs d’électrons, et donc des acides de Lewis.
- Pour mener à la formation d’un carbocation, il faut que l’atome de carbone soit lié à un atome plus électronégatif que lui
Carbanions
- Intermédiaires réactionnels où un carbone est chargé négativement, ayant reçu un électron supplémentaire dans sa couche de valence.
- Possède un octet complet, étant entouré de trois doublets d’électrons liants et d’un doublet d’électrons libre
- Donneurs d’électrons, donc bases de Lewis
Radicaux
- Espèces chimiques électriquement neutres dans lesquelles un atome de carbone possède un électron célibataire.
- Ils sont très réactifs, car l’atome de carbone ne possède pas un octet complet, étant entouré de sept électrons sur sa couche de valence.
Rupture hétérolytique
- Bris asymétrique
- Ce type de rupture consiste à rompre la liaison chimique de manière telle que l’un des atomes impliqués dans cette liaison conserve les deux électrons de cette liaison; il y a alors formation d’un cation et d’un anion.
Rupture homolytique
- Bris symétrique
- Ce type de rupture peut avoir lieu dans le cas où des liaisons covalentes non polaires ou très faiblement polaires sont placées dans des conditions expérimentales spécifiques. La rupture ainsi obtenue mène à deux espèces radicalaires. Chacun des atomes a pris un électron de la liaison, c’est-à-dire qu’il y a eu un partage égal des électrons de la liaison.
Électrophile
Espèce chimique pauvre en électrons qui cherche à attirer et à recevoir des doublets d’électrons au cours d’une réaction chimique.
3 catégories d’électrophiles
1) Espèces ayant un octet incomplet
2) Espèces ayant une chage positive et un octet complet
3) Espèces ayant une charge partielle positive et un octet incomplet
Nucléophiles
Réactifs qui aiment les sites positifs d’un composé, donc ce sont des espèces riches en électrons
3 catégories de nucléophiles
1) Charges négatives
2) Doublets d’électrons libres
3) Électrons pi
Nucléophilie (ou caractère nucléophile)
Effet des nucléophiles sur les vitesses des réactions chimiques de substitution nucléophile?.
Facteurs influençant le caractère nucléophile
1) Concentration de la charge négative du nucléophile
2) Électronégativité de l’atome portant le doublet d’électrons libre du nucléophile
3) Effets électroniques inductif et mésomère au sein du nucléophile
4) Taille du nucléophile
Groupe partant
- L’atome ou groupe d’atomes qui est expulsé du substrat
- Pour évaluer la qualité d’un GP, il faut analyser sa capacité à maintenir et à stabiliser le nouveau doublet d’électrons libre qu’il vient d’acquérir, c’est-à-dire son aptitude nucléofuge
- Ainsi, lorsque l’acide conjugué du groupe partant est un acide fort, alors le groupe partant est une base faible, peu réactive, qui stabilise le doublet d’électrons libre. Il s’agit donc d’un bon groupe partant.
Effets électroniques
- Déplacements d’électrons au sein de composés chimiques.
- Les effets électroniques se subdivisent en deux catégories: l’effet inductif et l’effet mésomère (ou résonance).
Effet inductif attractif vs répulsif
Attractif: effet occasionné par un atome plus électronégatif que le carbone (attire les électrons de la liaison et des liaisons voisines vers lui)
Répulsif: effet occasionné par un atome moins électronégatif que le carbone (Le qualificatif « répulsif» est donné à ce type d’effet inductif, puisque cet élément « repousse » les électrons vers l’élément le plus électronégatif de la liaison)
Répercussions de l’effet inductif sur l’acidité des composés
- L’effet inductif attractif augmente le caractère acide.
- L’effet inductif répulsif diminue le caractère acide.
Effet inductif
- Effet électronique occasionné par une déformation du nuage électronique d’une liaison et qui est transmis à travers les autres liaisons covalentes adjacentes au sein d’un composé chimique.
- ressenti sur une longue séquence d’atomes (sur trois ou quatre liaisons), à partir du groupement inducteur.
- L’effet s’estompe en s’éloignant de la source.
Répercussions de l’effet inductif sur la basicité des composés
- L’effet inductif attractif diminue le caractère basique.
- L’effet inductif répulsif augmente le caractère basique.
Répercussions de l’effet inductif sur la stabilité des intermédiaires réactionnels
- Les carbocations et les radicaux sont stabilisés par effet inductif répulsif et déstabilisés par effet inductif attractif.
- Les carbanions sont stabilisés par effet inductif attractif et déstabilisés par effet inductif répulsif.
Facteurs influant sur l’effet inductif
- électronégativité de l’atome générant l’effet inductif
- la distance de l’élément créant un effet inductif par rapport au site analysé (s’atténue avec la distance)
*le nombre d’atomes ou de groupements d’atomes générant l’effet inductif (deux ou plusieurs atomes ou groupements d’atomes amplifieront d’autant plus l’effet inductif)
Axes diagrammes énergétiques
Y: Énergie potentielle
X: Déroulement de la réaction
Effet inductif attractif et acidité
L’effet inductif attractif a pour conséquence d’accroître l’acidité
