Les alcanes

Réactivité des alcanes

Les alcanes étant des composés ne possédant que des liaisons simples, les seules réactions possibles sont des réactions cassant ces liaisons simples. Si on casse :

Réaction de combustion

Une réaction de combustion complète se fait en présence de dioxygène et forme du dioxyde de carbone et de l’eau.

2 CnH 2n+2 + (3n + 1) O2 ® 2n CO2 + (2n + 2) H2O

Expérimentalement, si on est en défaut de dioxygène, on formera du monoxyde de carbone voire du carbone solide (carbone graphite).

Réaction de substitution

Voici le principe général des réactions de substitution. L’hydrogène d’une liaison C-H est substitué par un élément X selon le schéma suivant.

C - H + X-X ® C - X + H - X

La molécule de X2 doit être très réactive pour pouvoir se substituer sur l’alcane. On utilise pour cela des dihalogènes. Ces réactions se font lentement. Pour les amorcer, on utilise une initiation thermique ou photochimique. Comme la réaction radicalaire, on peut aider la réaction en plaçant dans le milieu un amorceur radicalaire comme le peroxyde de benzoyle.

Etapes lors d’une réaction de substitution radicalaire

Ce qu’il faut retenir avant tout c’est que les réactions radicalaires sont des réactions anarchiques. Sur les alcanes, on substitue l’hydogène par un halogène.

Remarque sur le choix du solvant : on choisira un solvant apolaire pour réaliser les expériences de substitution sur les alcanes : on a en effet moins de chance de faire apparaître des espèces chargées dans l'état de transition.

Réaction bilan de substitution sur un alcane

La réaction se fait selon un processus un chaîne, un processus radicalaire.

R-H + X-X ® R-X + H-X

Etapes de la réaction

La réaction se fait en trois étapes : initiation, propagation et terminaison.

Initiation

Propagation

Terminaison

La première étape est une étape d’initiation. Cette étape permet de former les premiers radicaux libres qui vont amorcer la réaction. Cette étape décisive est facilitée par la présence d’amorceur de réaction :

  • un rayonnement lumineux (UV) d’énergie nécessaire à briser la molécule
  • un amorceur radicalaire comme le peroxyde de benzoyle

Amorceur

1. X2 ® 2 X°

Une fois généré, le radical X° va réagir sur l’alcane (réaction 2), produisant ainsi une radical alkyl R°. Ce radical réagit à nouveau sur le dihalogène (réaction 3) pour former le dérivé halogéné et régénère le radical halogène X°.

2. R-H + X° ® H-X + R°

3. R° + X2 ® R-X + X°

Le radical brome X° est régénéré et peu alors réagir à nouveau sur R-H : c’est un mécanisme cyclique, un mécanisme en chaîne.

L’étape de terminaison correspond à la recombinaison des radicaux. Cette recombinaison se fait lors de chocs sur les parois ou lors de chocs entre les molécules.

4. 2 X° ® X2

Cette réaction n’est pas la seule possible. Toute recombinaison de radicaux est une étape de terminaison.

Justification énergétique de ce schéma réactionnel

 

 

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