Chimie organique · Université — Licence — Sciences de la vie & de la Terre (SVI, STU)

Les alcènes et les alcynes : structure et réactions d'addition

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

Structure : Les alcènes ( $C_nH_{2n}$ ) possèdent une double liaison $C=C$ (hybridation $sp^2$ ). Les alcynes ( $C_nH_{2n-2}$ ) possèdent une triple liaison $C \equiv C$ (hybridation $sp$ ).
Réactivité : La liaison $\pi$ est riche en électrons, ce qui fait des alcènes/alcynes des sites nucléophiles réagissant avec des électrophiles ( $E^+$ ).
Réactions d'addition :
- Hydrogénation ( $+ H_2$ en présence de catalyseur Pt/Pd/Ni).
- Halogénation ( $+ X_2$ : $Cl_2, Br_2$ ).
- Hydrohalogénation ( $+ HX$ : $HCl, HBr$ ).
- Hydratation ( $+ H_2O$ en milieu acide).
Règle de Markovnikov : Lors de l'addition de $HX$ sur un alcène asymétrique, l'atome d'hydrogène se fixe sur le carbone le moins substitué (celui qui porte déjà le plus d'hydrogènes).

Méthodes à maîtriser

Nomenclature : Identifier la chaîne principale contenant la liaison multiple. Numéroter pour donner l'indice le plus bas à la liaison multiple.
Stéréochimie : Déterminer la configuration $Z$ (Zusammen, même côté) ou $E$ (Entgegen, côtés opposés) pour les alcènes disubstitués.
Mécanisme : Savoir écrire l'étape de formation du carbocation (étape cinétiquement déterminante).

Exemples corrigés

Addition de HBr sur le propène : $CH_3-CH=CH_2 + HBr \rightarrow CH_3-CHBr-CH_3$ (2-bromopropane). L'H se fixe sur le $CH_2$ car c'est le plus substitué en H.
Hydratation : $CH_2=CH_2 + H_2O \xrightarrow{H^+} CH_3-CH_2OH$ (éthanol).

Erreurs fréquentes

Oublier la règle de Markovnikov et placer l'halogène sur le mauvais carbone.
Confondre la stabilité des carbocations : $tertiaire > secondaire > primaire$ .
Ne pas respecter la géométrie plane (120°) autour de la double liaison.

L'essentiel du cours

Structure : Les alcènes ($C_nH_{2n}$) possèdent une double liaison $C=C$ (hybridation $sp^2$). Les alcynes ($C_nH_{2n-2}$) possèdent une triple liaison $C \equiv C$ (hybridation $sp$).
Réactivité : La liaison $\pi$ est riche en électrons, ce qui fait des alcènes/alcynes des sites nucléophiles réagissant avec des électrophiles ($E^+$).
Réactions d'addition :
- Hydrogénation ($+ H_2$ en présence de catalyseur Pt/Pd/Ni).
- Halogénation ($+ X_2$ : $Cl_2, Br_2$).
- Hydrohalogénation ($+ HX$ : $HCl, HBr$).
- Hydratation ($+ H_2O$ en milieu acide).
Règle de Markovnikov : Lors de l'addition de $HX$ sur un alcène asymétrique, l'atome d'hydrogène se fixe sur le carbone le moins substitué (celui qui porte déjà le plus d'hydrogènes).

Méthodes à maîtriser

Nomenclature : Identifier la chaîne principale contenant la liaison multiple. Numéroter pour donner l'indice le plus bas à la liaison multiple.
Stéréochimie : Déterminer la configuration $Z$ (Zusammen, même côté) ou $E$ (Entgegen, côtés opposés) pour les alcènes disubstitués.
Mécanisme : Savoir écrire l'étape de formation du carbocation (étape cinétiquement déterminante).

Exemples corrigés

Addition de HBr sur le propène : $CH_3-CH=CH_2 + HBr \rightarrow CH_3-CHBr-CH_3$ (2-bromopropane). L'H se fixe sur le $CH_2$ car c'est le plus substitué en H.
Hydratation : $CH_2=CH_2 + H_2O \xrightarrow{H^+} CH_3-CH_2OH$ (éthanol).

Erreurs fréquentes

Oublier la règle de Markovnikov et placer l'halogène sur le mauvais carbone.
Confondre la stabilité des carbocations : $tertiaire > secondaire > primaire$.
Ne pas respecter la géométrie plane (120°) autour de la double liaison.

🌉 Jisr : les mots du chapitre FR ⇄ AR

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Défi flash : 4 questions

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🎯 Les alcènes et les alcynes : structure et réactions d'addition

1/4

Quel est le produit de l'addition de $Br_2$ sur le propène ?

❓ Questions fréquentes

Est-ce que tous les alcènes présentent une isomérie Z/E ?

Non. Pour qu'un alcène présente une isomérie $Z/E$ , il faut que chaque carbone de la double liaison soit lié à deux groupements différents. Par exemple, le propène ( $CH_3-CH=CH_2$ ) n'a pas d'isomérie $Z/E$ car l'un des carbones porte deux atomes d'hydrogène identiques.

💡 À retenir : Condition nécessaire : $R_1-CH=CH-R_2$ avec $R_1 \neq H$ et $R_2 \neq H$ (ou groupes différents).

Non. Pour qu'un alcène présente une isomérie $Z/E$, il faut que chaque carbone de la double liaison soit lié à deux groupements différents. Par exemple, le propène ($CH_3-CH=CH_2$) n'a pas d'isomérie $Z/E$ car l'un des carbones porte deux atomes d'hydrogène identiques.

💡 À retenir : Condition nécessaire : $R_1-CH=CH-R_2$ avec $R_1 \neq H$ et $R_2 \neq H$ (ou groupes différents).

Kifach n3ref chkoun l'carbocation li stable f'tfa3oul ?

L'stabilité d'un carbocation kat3temed 3la l'effet inductif donneur (+I) d'les groupes alkyles.

Carbocation tertiaire ( $R_3C^+$ ) > secondaire ( $R_2CH^+$ ) > primaire ( $RCH_2^+$ ).
Plus kayn d'groupes donneurs, plus la charge positive est "compensée" et donc stable.

💡 À retenir : Plus il y a de groupes alkyles autour du carbone chargé +, plus il est stable.

L'stabilité d'un carbocation kat3temed 3la l'effet inductif donneur (+I) d'les groupes alkyles.

Carbocation tertiaire ($R_3C^+$) > secondaire ($R_2CH^+$) > primaire ($RCH_2^+$).
Plus kayn d'groupes donneurs, plus la charge positive est "compensée" et donc stable.

💡 À retenir : Plus il y a de groupes alkyles autour du carbone chargé +, plus il est stable.

Chno hiya l'far9 bin l'addition d'H2 et l'addition d'H2O ?

L'hydrogénation ( $+H_2$ ) nécessite un catalyseur métallique (Pt, Pd ou Ni) et transforme l'alcène en alcane.
L'hydratation ( $+H_2O$ ) nécessite un catalyseur acide ( $H_2SO_4$ ) et transforme l'alcène en alcool.

💡 À retenir : $H_2$ donne un alcane, $H_2O$ donne un alcool.

L'hydrogénation ($+H_2$) nécessite un catalyseur métallique (Pt, Pd ou Ni) et transforme l'alcène en alcane.
L'hydratation ($+H_2O$) nécessite un catalyseur acide ($H_2SO_4$) et transforme l'alcène en alcool.

💡 À retenir : $H_2$ donne un alcane, $H_2O$ donne un alcool.

Pourquoi la liaison pi est-elle réactive ?

La liaison $\pi$ est formée par le recouvrement latéral d'orbitales $p$ . Elle est moins solide que la liaison $\sigma$ et les électrons sont plus éloignés du noyau, donc plus accessibles pour réagir avec des électrophiles.

💡 À retenir : La liaison $\pi$ est une zone riche en électrons (nucléophile).

La liaison $\pi$ est formée par le recouvrement latéral d'orbitales $p$. Elle est moins solide que la liaison $\sigma$ et les électrons sont plus éloignés du noyau, donc plus accessibles pour réagir avec des électrophiles.

💡 À retenir : La liaison $\pi$ est une zone riche en électrons (nucléophile).

Est-ce que l'addition de Br2 est stéréospécifique ?

Oui, l'addition de dibrome ( $Br_2$ ) sur un alcène se fait par une addition "anti" (les deux atomes de brome s'ajoutent de part et d'autre de la liaison).

💡 À retenir : Addition anti = trans-addition.

Oui, l'addition de dibrome ($Br_2$) sur un alcène se fait par une addition "anti" (les deux atomes de brome s'ajoutent de part et d'autre de la liaison).

💡 À retenir : Addition anti = trans-addition.

Kifach n'khtare l'chaîne principale f'alcène ?

La chaîne principale doit impérativement contenir la double liaison $C=C$ . On numérote ensuite pour que la double liaison ait l'indice le plus petit possible.

💡 À retenir : La priorité est à la double liaison.

La chaîne principale doit impérativement contenir la double liaison $C=C$. On numérote ensuite pour que la double liaison ait l'indice le plus petit possible.

💡 À retenir : La priorité est à la double liaison.

Le mécanisme de Markovnikov est-il toujours respecté ?

Oui, dans les conditions standards d'addition électrophile. Cependant, en présence de peroxydes (effet Kharasch), l'addition peut être anti-Markovnikov par un mécanisme radicalaire.

💡 À retenir : Hors peroxydes, Markovnikov est la règle.

C'est quoi un catalyseur dans ces réactions ?

C'est une espèce chimique qui diminue l'énergie d'activation de la réaction sans être consommée. Il permet à la réaction de se produire plus rapidement à des températures plus basses.

💡 À retenir : Le catalyseur ne modifie pas l'état final, juste la vitesse.

L'alcène peut-il réagir avec lui-même ?

Oui, c'est la réaction de polymérisation. Sous l'action d'un initiateur, les doubles liaisons s'ouvrent pour former des liaisons simples entre les monomères, créant une longue chaîne (polymère).

💡 À retenir : $n(CH_2=CH_2) \rightarrow -(CH_2-CH_2)_n-$ .

💡 À retenir : $n(CH_2=CH_2) \rightarrow -(CH_2-CH_2)_n-$.

Est-ce que l'alcyne réagit comme l'alcène ?

Oui, les alcynes réagissent par addition électrophile. Comme ils ont deux liaisons $\pi$ , ils peuvent fixer deux équivalents de réactif (ex: $2 H_2$ pour donner un alcane).

💡 À retenir : L'alcyne est plus insaturé, donc il peut subir deux additions successives.

Oui, les alcynes réagissent par addition électrophile. Comme ils ont deux liaisons $\pi$, ils peuvent fixer deux équivalents de réactif (ex: $2 H_2$ pour donner un alcane).

💡 À retenir : L'alcyne est plus insaturé, donc il peut subir deux additions successives.

Pourquoi on utilise souvent H2SO4 dans l'hydratation ?

L'acide sulfurique fournit les ions $H^+$ nécessaires pour protoner la double liaison et former le carbocation, qui est l'étape clé de l'hydratation.

💡 À retenir : $H^+$ est le catalyseur acide.

L'acide sulfurique fournit les ions $H^+$ nécessaires pour protoner la double liaison et former le carbocation, qui est l'étape clé de l'hydratation.

💡 À retenir : $H^+$ est le catalyseur acide.

Est-ce que la géométrie est la même pour un alcane et un alcène ?

Non. L'alcane est tétraédrique ( $109,5^\circ$ ) car le carbone est $sp^3$ . L'alcène est plan ( $120^\circ$ ) autour de la double liaison car le carbone est $sp^2$ .

💡 À retenir : $sp^3$ = tétraèdre ; $sp^2$ = plan.

Non. L'alcane est tétraédrique ($109,5^\circ$) car le carbone est $sp^3$. L'alcène est plan ($120^\circ$) autour de la double liaison car le carbone est $sp^2$.

💡 À retenir : $sp^3$ = tétraèdre ; $sp^2$ = plan.

✍️ Exercices type examen national

Exercice 1

Soit l'alcyne : le but-2-yne. Écrire l'équation de son hydrogénation totale en présence de Nickel.

Voir la correction détaillée : inscription gratuite

Exercice 2

Un alcène $A$ de formule brute $C_4H_8$ réagit avec $H_2O/H^+$ pour donner un alcool $B$ . L'oxydation ménagée de $B$ donne une cétone. Identifier $A$ et $B$ .

Exercice 2

Un alcène $A$ de formule brute $C_4H_8$ réagit avec $H_2O/H^+$ pour donner un alcool $B$. L'oxydation ménagée de $B$ donne une cétone. Identifier $A$ et $B$.

Voir la correction détaillée : inscription gratuite

Exercice 3

On considère le 2-méthylbut-2-ène. Écrire l'équation de sa réaction avec le chlorure d'hydrogène ( $HCl$ ). Nommer le produit majoritaire selon la règle de Markovnikov.

Exercice 3

On considère le 2-méthylbut-2-ène. Écrire l'équation de sa réaction avec le chlorure d'hydrogène ($HCl$). Nommer le produit majoritaire selon la règle de Markovnikov.

Voir la correction détaillée : inscription gratuite

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