Chimie · Prépa 2e année · 1 exercice vérifié
S’entraîner : Substitution nucléophile et élimination : mécanismes, cinétique et sélectivité
Chapitre : Chimie organique
Ce que vous travaillez
Expliquer, et non plus seulement constater, la transformation d'un dérivé halogéné ou d'un alcool activé. Sites donneurs et accepteurs repérés sur la formule (charges, doublets non liants, polarisation d'une liaison, formes mésomères) ; flèche courbe comme mouvement d'un DOUBLET, jamais d'un atome. Substitution nucléophile en une étape avec état de transition unique et inversion de configuration, ou en deux étapes par un intermédiaire cationique plan conduisant à un mélange racémique. Élimination conduisant à un alcène, en une ou deux étapes, et régiosélectivité du produit majoritaire. Ce qui oriente la compétition entre substitution et élimination : classe du substrat, force et encombrement du nucléophile ou de la base, nature du solvant, température. Confrontation systématique du mécanisme proposé à ce qui est MESURÉ : ordre expérimental de la loi de vitesse, stéréochimie du produit, effet du solvant.
À maîtriser avant de commencer
Ces notions sont utilisées ici. Relisez-les si l’une d’elles vous échappe.
- Types de réactions en chimie organique — Addition, élimination, substitution ; modification de chaîne ou de groupe ; sites donneurs/accepteurs de doublet, flèches courbes ; optimisation d'une synthèse (rendement).
- Groupes caractéristiques et nomenclature — Squelette carboné, alcanes, alcools, aldéhydes, cétones, acides carboxyliques, esters, amines ; formules brutes, semi-développées, topologiques ; nomenclature IUPAC de base.
- Stéréochimie : chiralité, configuration absolue et stéréoisomérie — Décrire une molécule dans l'espace et nommer sans ambiguïté ses stéréoisomères. Représentations et passage de l'une à l'autre : formule topologique avec liaisons en coin plein et en pointillés, représentation de Cram, projection de Newman. Chiralité, carbone asymétrique, image dans un miroir non superposable ; règles de priorité des substituants et attribution de la configuration absolue R ou S ; configuration Z ou E d'une double liaison. Énantiomères et diastéréoisomères : ce qui les distingue expérimentalement — propriétés physiques identiques pour les premiers sauf vis-à-vis de la lumière polarisée et d'un environnement chiral, propriétés différentes pour les seconds. Mélange racémique et activité optique nulle malgré des molécules chirales. Analyse conformationnelle d'une chaîne et d'un cycle à six atomes de carbone : conformations décalée et éclipsée, forme chaise, positions axiale et équatoriale. Conséquence biologique : deux énantiomères d'un même principe actif n'ont pas le même effet.
- Loi de vitesse d'ordre 1 — v = k [A], équation différentielle d[A]/dt = −k[A], décroissance exponentielle, lien entre k et le temps de demi-réaction t₁/₂ = ln 2 / k.
- Couples acide-base de Brønsted — Acide = donneur de proton, base = accepteur, couple acide/base, demi-équations protoniques, réaction acide-base, couples de l'eau, ion oxonium H₃O⁺.
- Mécanismes réactionnels et approximations de la cinétique — Acte élémentaire, molécularité et loi de van 't Hoff (pour un acte élémentaire, et pour lui seul, les ordres partiels sont les nombres stœchiométriques) ; intermédiaire de réaction et profil énergétique d'un mécanisme ; approximation de l'état quasi stationnaire appliquée à un intermédiaire très réactif ; approximation de l'étape cinétiquement déterminante ; établissement de la loi de vitesse d'un mécanisme par étapes et confrontation à la loi expérimentale ; mécanismes en séquence ouverte et en séquence fermée (initiation, propagation, terminaison) ; effet d'un catalyseur sur le chemin réactionnel et sur l'énergie d'activation apparente.
- Solvants, solvatation et miscibilité — Grandeurs qui caractérisent un solvant : moment dipolaire, permittivité relative, aptitude à donner une liaison hydrogène ; classement des solvants en apolaires, polaires aprotiques et polaires protiques ; mécanisme de la dissolution d'un solide ionique (dissociation puis solvatation des ions, rôle de la permittivité) et d'un soluté moléculaire ; miscibilité de deux liquides et prévision qualitative de la solubilité d'un soluté dans un solvant donné ; conséquences pratiques : extraction liquide-liquide, recristallisation, choix d'un solvant de réaction.
Comment se déroule la séance
Cette séance s’appuie sur 1 exercice vérifié. Chacun produit un nouvel énoncé à chaque ouverture, avec une solution calculée.
Formats de réponse : Réponse numérique (1). Difficulté 4 sur 5. Environ 5 minutes pour un premier passage.
Dans votre compte : aide graduée (indice, rappel de cours, aide au démarrage), corrigé pas à pas après chaque tentative, suivi de vos progrès.
Essayez un exercice, sans compte
Un exercice réel de cette séance, le même pour chaque visiteur. Répondez, puis vérifiez : la correction est calculée, et le corrigé s’affiche après votre tentative.
Difficulté 4 sur 5 · ≈ 5 minutes
Énoncé
Une substitution a un mécanisme SN2 élémentaire. Entre deux essais à même température, [RX] est multipliée par 23, [Nu⁻] par 8 et le volume est inchangé à 18 mL. Par quel facteur la vitesse volumique initiale est-elle multipliée ?
Donnez la valeur numérique demandée, avec au moins six chiffres significatifs si nécessaire.
Votre réponse
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