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Chimie · Prépa concours post-bac — CPGE (dossier & entretien)

Réactions d'addition, substitution et élimination

Le cours expliqué simplement, les questions que tous les élèves se posent et des exercices type examen national. Programme marocain, gratuit.

📘 Fiche de cours

L'essentiel du cours

  • Réactions d'addition : Caractéristiques des alcènes ($C=C$). Rupture de la liaison $\pi$ pour former deux liaisons $\sigma$. Ex: Hydrogénation, halogénation.
  • Réactions de substitution : Remplacement d'un atome ou groupe par un autre.
    • $S_N1$ : Mécanisme en deux étapes, passage par un carbocation, dépend de la stabilité du carbocation.
    • $S_N2$ : Mécanisme concerté (une seule étape), inversion de Walden, dépend de l'encombrement stérique.
  • Réactions d'élimination : Formation d'une liaison $\pi$.
    • $E1$ : En deux étapes, via un carbocation.
    • $E2$ : En une étape, nécessite une base forte.

Méthodes à maîtriser

  • Identifier le caractère nucléophile/électrophile des réactifs.
  • Appliquer la règle de Markovnikov pour prévoir le produit majoritaire d'une addition électrophile.
  • Comparer la stabilité des carbocations ($tertiaire > secondaire > primaire$).
  • Analyser l'encombrement stérique pour choisir entre $S_N1$ et $S_N2$.

Exemples corrigés

  • Addition de $HBr$ sur le propène : Le $H^+$ se fixe sur le $CH_2$ (le plus hydrogéné) pour former le carbocation le plus stable ($CH_3-CH^+-CH_3$). Produit : 2-bromopropane.
  • $S_N2$ sur le bromoéthane : L'ion $OH^-$ attaque le carbone portant le $Br$ par l'arrière. Le $Br^-$ part simultanément.

Erreurs fréquentes

  • Oublier l'inversion de configuration dans une $S_N2$.
  • Confondre la stabilité des carbocations avec celle des radicaux.
  • Ne pas respecter la règle de Zaitsev lors d'une élimination (oublier de former l'alcène le plus substitué).

🌉 Jisr : les mots du chapitre FR ⇄ AR

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Défi flash : 4 questions

Sans compte

🎯 Réactions d'addition, substitution et élimination

1/4

Quel est le produit majoritaire de l'addition de $H_2O$ sur le propène en milieu acide ?

❓ Questions fréquentes

C'est quoi la différence entre un nucléophile et une base ?
  1. Une base réagit avec un proton $H^+$ (aspect thermodynamique, équilibre acido-basique).
  2. Un nucléophile attaque un centre électrophile, souvent un carbone (aspect cinétique, formation de liaison $C-Nu$).

💡 À retenir : Toute base est un nucléophile, mais tout nucléophile n'est pas forcément une base forte.

Kifach n3ref wach l'reaction SN1 aw SN2 ?
  1. Regarde le substrat : si le carbone est encombré (tertiaire), c'est $S_N1$.
  2. Regarde le nucléophile : s'il est fort et concentré, favorise $S_N2$.
  3. Regarde le solvant : solvant polaire protique favorise $S_N1$.

💡 À retenir : $S_N2$ aime les substrats primaires, $S_N1$ aime les tertiaires.

C'est quoi l'effet inductif ?

C'est le déplacement des électrons d'une liaison $\sigma$ dû à une différence d'électronégativité entre deux atomes liés. Il se propage le long de la chaîne carbonée mais diminue rapidement.

💡 À retenir : Les groupes donneurs ($+I$) stabilisent les carbocations.

Chno hiya l'regle de Zaitsev ?

Lors d'une élimination, le produit majoritaire est l'alcène le plus substitué (celui qui a le moins d'hydrogènes sur la double liaison).

💡 À retenir : C'est l'alcène le plus stable thermodynamiquement.

Pourquoi le carbocation tertiaire est-il plus stable ?
  1. Les groupes alkyles voisins sont donneurs d'électrons ($+I$).
  2. Ils "partagent" leur densité électronique avec le carbone déficitaire en électrons.
  3. Cela diminue la charge positive portée par le carbone.

💡 À retenir : Plus il y a de groupes donneurs, plus le carbocation est stabilisé.

Kifach n3ref wach l'reaction E1 aw E2 ?
  1. $E1$ : nécessite un carbocation (substrat tertiaire, base faible).
  2. $E2$ : nécessite une base forte et un substrat (souvent secondaire ou tertiaire).

💡 À retenir : $E2$ est concertée, $E1$ est par étapes.

C'est quoi l'inversion de Walden ?

C'est le changement de configuration absolue d'un carbone asymétrique lors d'une $S_N2$. Le nucléophile attaque à l'opposé du groupe partant.

💡 À retenir : C'est comme un parapluie qui se retourne sous l'effet du vent.

Est-ce que l'eau peut être un nucléophile ?

Oui, l'eau possède des doublets non liants sur l'oxygène. Elle peut attaquer un électrophile, c'est ce qu'on appelle une solvolyse.

💡 À retenir : L'eau est un nucléophile faible.

Pourquoi la SN1 donne un mélange racémique ?
  1. Le carbocation formé est plan ($sp^2$).
  2. Le nucléophile peut attaquer par le dessus ou par le dessous avec la même probabilité.
  3. On obtient les deux énantiomères en quantités égales.

💡 À retenir : La $S_N1$ perd l'information stéréochimique initiale.

Quelle est la différence entre addition et substitution ?
  1. Addition : on ajoute des atomes, le nombre de liaisons $\sigma$ augmente, la liaison $\pi$ disparaît.
  2. Substitution : on remplace un groupe par un autre, le nombre de liaisons reste constant.

💡 À retenir : Addition = saturation ; Substitution = remplacement.

Est-ce que la température influence l'élimination ?

Oui, une température élevée favorise l'élimination par rapport à la substitution car l'élimination est une réaction d'ordre supérieur en termes d'entropie.

💡 À retenir : Chaleur = Élimination.

C'est quoi un solvant protique ?

C'est un solvant qui possède un atome d'hydrogène lié à un atome électronégatif (comme $O$ ou $N$), capable de faire des liaisons hydrogène.

💡 À retenir : Ils stabilisent les ions et favorisent $S_N1/E1$.

✍️ Exercices type examen national

Exercice 1

Donner le mécanisme et le produit majoritaire de la réaction entre le 2-bromo-2-méthylpropane et l'ion hydroxyde $OH^-$.

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Exercice 2

Prévoir le produit de l'addition de $HBr$ sur le 2-méthylbut-2-ène.

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Exercice 3

Comparer la vitesse de $S_N2$ du 1-bromobutane et du 2-bromobutane avec $OH^-$.

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