Première CD - Chimie Organique

Le Benzène

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LE BENZENE

1) formule brute

2) formule générale

3) représentation 3D

4) propriétés physiques

5) propriétés chimiques (combustions, oxydations, additions)

6) substitutions électrophiles

7) résumé :
1)Formule brute:C6H

2)Formule générale :

On peut adopter la représentation de Kékulé:
Cette représentation est commode pour montrer les mécanismes réactionnels.

Il n'est pas possible d'isoler ces deux formes (mésomérie): l'équilibre n'existe pas, on ne peut considérer qu'une double liaison existe entre deux carbones adjacents.
L'énergie de résonance (entre le benzène et un hypothétique cyclohexatriène à doubles liaisons figées) qui renseigne sur la stabilité de la molécule, est élevée (environ 150kJ/mol-1).

3)Représentation(3D)
Compacte
Eclatée
Molécule plane,

les 6 carbones sont en état d'hybridation sp2 (angles de 120°) avec recouvrement latéral des orbitales non hybrides 2pz:

Les électrons non appariés sont délocalisés sur l'ensemble des 6 atomes de carbone du cycle; les molécules possédant ce cycle sont des molécules à noyau benzénique; on dit qu'elles sont aromatiques.
4)Propriétés Physiques:
Masse molaire :             78,12 g.mol-1
T d'ébullition:                 80,1°C
T de fusion:                   5,5°C
Densité:                        0,8765 20/4
Indice de réfraction:       1,5011 20
Solubilité:                     éthanol,acétone,éther,acide acétique
Risque:                        Facilement inflammable et Toxique (R: 45-11-48/23/24/25 S: 53-16-29-44)

5) Propriétés chimiques :

5-1) Combustion dans l'air:
combustion très incomplète (flamme très fuligineuse)
C6H6 + 15/2 O2 --------> 6CO2 + 3H2O avec 3344kJ.mol-1 dégagés (fort dégagement de chaleur).

5-2) Oxydation par l'air ou les oxydants:

(700°C pression catalyseur), on aboutit au benzophénol.

5-3) Additions:

- H2:

Il y a addition de 3 molécules de dihydrogène en une seule fois (200°C, Ni réduit).

-Cl2:

Cette réaction a lieu sous l'action des ultra-violets, à la température ordinaire; le benzène se sature en une seule fois.
Ces réactions d'addition sont beaucoup plus difficiles à réaliser qu'avec les alcènes et les alcynes.
6) Substitutions électrophiles:
c'est l'essentiel des propriétés chimiques du benzène.

6-1) Mécanisme :

 

C'est l'intermédiaire de Wheland;

bilan :

6-2)Halogénation :
*le dérivé iodé est donné par action de ICl (I+ + Cl-)
*Dichlore et dibrome même moyen d'action:

AlCl3 acide de Lewis permet la formation de l'agent électrophile Cl+
6-3)Nitration :
agent électrophile NO2+ (formé par réaction de H2SO4 sur HNO3 mais présent aussi dans HNO3 concentré)

6-4)Sulfonation :

6-5)Réaction de Friedel et Crafts :

* alkylation:

l 'agent électrophile est R+ mais ce carbocation est susceptible de réarrangement interne

On obtient donc plusieurs isomères et en particulier les plus ramifiés.

acylation:

il s'agit de la fixation d'un groupement acyle R-CO- sur le noyau benzénique
exemple: 

C'est l'ion acylium R-C(+)=O qui est le réactif électrophile.
Autre exemple avec un anhydride d'acide:
 


 

6-6)Polysubstitution; règles de Hollemann :

Le premier substituant d'un noyau benzénique, influe sur la position d'un deuxième substituant.
On classe les premiers groupements substituants en 3 catégories:

        - première catégorie:    -R    -OH    -OR    -NH2
                                                            repoussent les électrons, enrichissent le noyau aromatique et favorisent
                                             (ou activent) une deuxième Substitution Electrophile........ils orientent en
                                              ortho ou en para:

    - deuxième catégorie :  -NO2,   -CN    , SO3H    ,-COOH   , -CHO, COOR
                                            attirent les électrons à eux, appauvrissent le noyau aromatique et défavorisent
                                            (désactivent) une deuxième Substitution Electrophile........ils orientent en  méta

    - troisième catégorie :    les halogènes, ont un caractère défavorisant, donc désactivent une deuxième
                                            Substitution Electrophile, mais orientent en ortho ou para.

Last modified: Friday, 15 July 2016, 8:32 AM
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