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Chimie organique · Université — Licence — Sciences (SMP, SMC, SMA, SMI)

Dérivés halogénés (Substitution nucléophile 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

Les dérivés halogénés ($R-X$) réagissent principalement par deux types de mécanismes :

  1. Substitution Nucléophile ($S_N$) : Remplacement de $X^-$ par un nucléophile ($Nu^-$).
    • $S_N2$ : Mécanisme concerté (une seule étape), inversion de Walden, dépend de l'encombrement stérique (Primaire > Secondaire > Tertiaire).
    • $S_N1$ : Mécanisme en deux étapes via un carbocation, mélange racémique, favorisé par la stabilité du carbocation (Tertiaire > Secondaire > Primaire).
  2. Élimination ($E$) : Formation d'une double liaison $C=C$ par départ de $H-X$.
    • $E2$ : Concertée, nécessite une base forte, règle de Zaitsev (alcène le plus substitué est majoritaire).
    • $E1$ : En deux étapes via un carbocation, compétition avec $S_N1$.

Méthodes à maîtriser

  • Identifier la classe du carbone portant l'halogène (I, II, III).
  • Choisir le mécanisme selon le nucléophile/base (fort/faible) et le solvant.
  • Appliquer la règle de Zaitsev pour prévoir l'alcène majoritaire.
  • Dessiner les états de transition pour $S_N2/E2$.

Exemples corrigés

  • $S_N2$ : $CH_3Br + OH^- \rightarrow CH_3OH + Br^-$. Attaque par l'arrière.
  • $E2$ : $CH_3-CHBr-CH_3 + EtO^- \rightarrow CH_3-CH=CH_2 + EtOH + Br^-$.

Erreurs fréquentes

  • Oublier l'inversion de configuration en $S_N2$.
  • Confondre la force du nucléophile et de la base.
  • Ne pas vérifier la stabilité du carbocation formé en $S_N1/E1$.

🌉 Jisr : les mots du chapitre FR ⇄ AR

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Défi flash : 4 questions

Sans compte

🎯 Dérivés halogénés (Substitution nucléophile et Élimination)

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Quel est le mécanisme favorisé pour le 1-bromopropane avec $OH^-$ ?

❓ Questions fréquentes

Est-ce que le solvant influence le mécanisme ?

Oui, énormément.

  1. Les solvants protiques polaires (eau, alcools) stabilisent les ions par solvatation, favorisant les mécanismes $S_N1$ et $E1$ via la formation de carbocations.
  2. Les solvants aprotiques polaires (DMSO, acétone) ne solvatent pas bien les nucléophiles, les rendant plus réactifs pour les mécanismes $S_N2$.

💡 À retenir : Solvant protique = $S_N1/E1$ ; Solvant aprotique = $S_N2/E2$.

Kifach n3ref wach SN1 wla SN2 f l'examen ?

Regarde trois choses :

  1. Substrat : Si c'est primaire, c'est $S_N2$. Si c'est tertiaire, c'est $S_N1$.
  2. Nucléophile : Un nucléophile fort (chargé négativement) favorise $S_N2$. Un nucléophile faible (neutre) favorise $S_N1$.
  3. Solvant : Protique pour $S_N1$, aprotique pour $S_N2$.

💡 À retenir : Analyse toujours le substrat d'abord, c'est l'indice le plus fiable.

C'est quoi la règle de Zaitsev ?

C'est une règle empirique qui stipule que lors d'une réaction d'élimination, l'alcène majoritaire est celui qui est le plus substitué (le plus stable thermodynamiquement).

💡 À retenir : Plus il y a de groupements alkyles sur la double liaison, plus l'alcène est stable.

Wach l'inversion de Walden katw9e3 f SN1 ?

Non, l'inversion de Walden est spécifique à la $S_N2$ car le nucléophile attaque le côté opposé au groupe partant. En $S_N1$, le carbocation est plan, donc le nucléophile peut attaquer des deux côtés, ce qui donne un mélange racémique.

💡 À retenir : $S_N2$ = Inversion ; $S_N1$ = Racémisation.

Pourquoi les dérivés tertiaires ne font pas de SN2 ?

À cause de l'encombrement stérique. Les trois groupements alkyles autour du carbone électrophile bloquent physiquement l'accès du nucléophile.

💡 À retenir : L'encombrement stérique est le principal obstacle pour une $S_N2$.

Kifach n3ref wach l'élimination ghadi t3tini Zaitsev wla Hofman ?

Zaitsev est la règle générale. On obtient le produit de Hofmann (alcène moins substitué) uniquement si on utilise une base très encombrée (ex: tert-butylate de potassium) qui ne peut pas atteindre les protons les plus encombrés.

💡 À retenir : Base encombrée = Hofmann ; Base non encombrée = Zaitsev.

Le carbocation peut-il se réorganiser ?

Oui, si un réarrangement (transposition 1,2 d'un H ou d'un alkyle) permet de passer d'un carbocation moins stable à un plus stable (ex: secondaire vers tertiaire), il se produira avant l'étape de substitution ou d'élimination.

💡 À retenir : Toujours vérifier la stabilité du carbocation intermédiaire.

Quelle est la différence entre un nucléophile et une base ?

Un nucléophile attaque un carbone électrophile ($S_N$). Une base attaque un proton acide ($E$). Certains réactifs sont les deux à la fois (ex: $OH^-$).

💡 À retenir : Si ça attaque le carbone, c'est $S_N$. Si ça arrache un H, c'est $E$.

Est-ce que la température joue un rôle ?

Oui, l'élévation de la température favorise les réactions d'élimination ($E$) par rapport aux substitutions ($S_N$), car l'élimination augmente le nombre de molécules (entropie favorable).

💡 À retenir : Chaleur = Élimination.

C'est quoi un mélange racémique ?

C'est un mélange équimolaire (50/50) de deux énantiomères. Il est optiquement inactif.

💡 À retenir : $S_N1$ sur un carbone chiral donne un mélange racémique.

Wach l'iode est un bon groupe partant ?

Oui, c'est le meilleur parmi les halogènes car la liaison $C-I$ est longue et faible, et l'ion iodure $I^-$ est une base très faible (donc un excellent groupe partant).

💡 À retenir : $I^- > Br^- > Cl^- > F^-$ (ordre de réactivité).

Pourquoi le F^- est un mauvais groupe partant ?

Parce que la liaison $C-F$ est très courte et très forte. De plus, l'ion fluorure est une base relativement forte par rapport aux autres halogénures.

💡 À retenir : Plus la liaison est forte, plus le groupe est difficile à partir.

✍️ Exercices type examen national

Exercice 1

Soit le 2-bromo-2-méthylbutane en présence d'éthanol.

  1. Quel est le mécanisme prédominant ?
  2. Écrire l'équation bilan.
  3. Donner les produits majoritaires.
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Exercice 2

Comparer la réactivité du 1-bromobutane et du 2-bromo-2-méthylpropane avec $NaOH$ dans l'acétone.

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Exercice 3

Prévoir le produit de l'élimination du 2-bromobutane avec $EtOK$.

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