Addition, élimination, substitution : les grandes réactions organiques

Pour lire une transformation organique, comparez la structure du substrat à celle du produit organique. Repérez les atomes conservés, les liaisons rompues ou formées et les groupes caractéristiques. Une modification du groupe peut accompagner une modification du squelette : ces deux descriptions ne sont pas des catégories exclusives.

Trois familles sont étudiées ici. Elles ne couvrent pas toute la chimie organique : réarrangements, oxydoréductions et suites de plusieurs étapes demandent d'autres descriptions.

Le nombre d'espèces écrites est un indice, pas une définition universelle. Un solvant, un catalyseur ou un ion spectateur peut être ajouté à l'écriture sans changer le type de modification du substrat. Une élimination assistée par une base possède plusieurs réactifs ; il faut suivre ce qui change plutôt que rechercher obligatoirement une seule espèce à gauche.

Dans une substitution sur un carbone saturé, la liaison multiple n'intervient pas nécessairement. Dans une substitution au niveau d'un groupe acyle, le bilan peut conserver un carbonyle alors que des étapes du mécanisme l'ont modifié. Le classement du bilan ne fournit donc pas à lui seul la succession des étapes.

Méthode. Identifiez le substrat et le produit ciblés, faites correspondre leurs atomes, puis décrivez le changement de liaisons. Vérifiez ensuite la conservation des atomes et de la charge dans l'équation complète. Ne déduisez pas le mécanisme d'un simple comptage.

Lire une flèche courbe. Dans le modèle d'une étape polaire, une flèche à pointe complète représente le déplacement d'un doublet. Pour former une liaison, elle part d'un doublet non liant ou d'une liaison et arrive vers l'atome accepteur. Pour rompre une liaison de façon hétérolytique, elle part de la liaison et arrive sur l'atome qui récupère le doublet. Cette seconde situation ne se résume pas à « un atome riche attaque un atome pauvre ». Les mécanismes radicalaires utilisent un autre codage, non développé ici.

Un site donneur possède un doublet susceptible de participer à l'étape considérée ; un site accepteur peut recevoir ce doublet. Charge, polarisation et disponibilité électronique orientent l'analyse, sans transformer tout carbone lié à O, N ou à un halogène en site réactif garanti. L'équation bilan ne prouve pas un mécanisme unique.

Le programme de terminale de 2019 comporte les étapes élémentaires et les intermédiaires réactionnels. Cette leçon se limite à une première lecture de flèches : c'est une borne de progression locale, pas une exclusion officielle de ces notions.

Calculer un rendement isolé. Pour une équation ajustée, sans produit cible initialement présent, le maximum stœchiométrique est

Les $\nu_i$ sont les coefficients positifs des réactifs. Le plus petit nombre de moles n'est le bon critère que si leurs coefficients sont identiques. Le rendement est

La seconde égalité compare deux masses du même produit, avec la même masse molaire. Le quotient masse de produit/masse d'un réactif n'est généralement pas ce rendement. Le produit doit être identifié et sa pureté prise en compte. Une masse humide ou impure peut produire un rendement apparent supérieur à 100 %, signalant une détermination à reprendre ; un rendement idéal de 100 % n'est pas interdit par définition.

Choisir une stratégie. Une conversion incomplète, des réactions concurrentes et des pertes d'isolement peuvent réduire le rendement. À température fixée, un catalyseur ne change pas la constante d'équilibre, mais il peut changer la quantité isolée à durée fixée et la sélectivité. Excès d'un réactif, extraction d'un produit et choix d'une autre voie se discutent avec les équilibres, la cinétique, la sécurité et les déchets : aucun levier ne garantit seul un meilleur résultat.

Dossier fictif. Deux voies donnent le même produit P, de pureté tenue pour établie après isolement. Les maxima ont déjà été calculés à partir de chaque équation et de son réactif limitant. La voie A peut fournir au maximum 20,0 g de P et en donne 16,0 g. La voie B peut fournir au maximum 30,0 g et en donne 18,0 g. Les données ne décrivent pas une expérience réelle particulière.

1. Comparer les masses isolées. B fournit 2,0 g de plus dans ce dossier. Cette information ne suffit pas à comparer les rendements puisque les maxima diffèrent.

2. Utiliser le même produit au numérateur et au dénominateur.

A possède le rendement le plus élevé, tandis que B fournit la masse la plus grande pour les charges envisagées. Il n'y a aucune contradiction : les deux comparaisons ne répondent pas à la même question.

3. Tester une conclusion trop large. Affirmer « A est forcément la meilleure voie industrielle » dépasse le dossier. Il manque les coûts, la durée, les risques, les solvants, les déchets et les possibilités de récupération.

4. Changer d'unité sans changer le résultat. Diviser chaque masse par la même masse molaire de P donne les quantités de matière ; cette masse molaire se simplifie dans chaque rapport. Le calcul en masses était donc valide. Le dossier ne reproduit pas le calcul d'une synthèse nommée de la banque d'entraînement.

Le support comporte trois panneaux schématiques. Les équations du panneau gauche illustrent des familles : on lit d'abord le devenir des liaisons du substrat, puis le comptage local. Ces illustrations de connaissances ne démontrent ni l'exclusivité des trois familles, ni un mécanisme complet.

Le panneau central représente deux mouvements distincts de doublets : formation de la liaison O–C et départ du doublet C–Cl sur Cl. La flèche barrée inverse la première formation ; elle ne justifie pas une règle universelle interdisant toute flèche allant d'une liaison vers un atome électronégatif.

Le panneau droit compare une quantité maximale et une quantité isolée du même produit dans un modèle de rendement. Le rapport des hauteurs représente 0,800. Le quotient valide peut être écrit en moles ou en masses du même produit ; diviser par la masse d'un réactif différent ne constitue pas ce rendement.

La figure doit être lue avec les légendes corrigées associées à cette version. Les équations connues qu'elle expose sont des repères ; les tâches guidées et le diagnostic de cette leçon demandent d'autres raisonnements.