CombustionEdit
Comme la plupart des autres hydrocarbures, les hydrocarbures insaturés peuvent subir des réactions de combustion qui produisent du dioxyde de carbone et de l’eau en combustion complète. L’équation de la réaction est :
- CxHy + y+4x/4O2 → y/2H2O + xCO2
En l’absence d’oxygène, la combustion se transformera en combustion incomplète et produira du monoxyde de carbone et du carbone.
Les hydrocarbures insaturés produiront un produit de combustion incomplète plus facilement que les hydrocarbures saturés. En conséquence, la combustion des hydrocarbures insaturés a généralement une flamme jaune, différente de la flamme bleue des hydrocarbures saturés. Cela indique que la combustion des hydrocarbures insaturés impliquera des mécanismes à plusieurs étapes, et la combustion du carbone donne la couleur jaune de la flamme.
Puisque les hydrocarbures insaturés ont moins de contenu en hydrogène, ils produiront moins d’eau et diminueront l’humidité de la flamme, ainsi que l’utilisation de l’oxygène. L’acétylène(éthyne), par exemple, peut être utilisé comme combustible.
Par rapport aux simples liaisons σ C-C dans les hydrocarbures saturés, les insaturés ont une densité électronique dans les liaisons π, qui n’ont pas beaucoup de densité électronique se chevauchant comme les σ. Par conséquent, l’énergie chimique stockée dans une double liaison est moins importante que dans deux liaisons simples. Ainsi, la combustion d’hydrocarbures insaturés, qui rompt les liaisons carbone-carbone pour libérer de l’énergie, libère moins d’énergie que la combustion d’une même molarité d’hydrocarbures saturés ayant le même nombre de carbones. Cette tendance est clairement visible dans la liste des enthalpies standard de combustion des hydrocarbures.
| Nombre de carbone | Substance | Type | Formule | Hcø(kJ/mol) |
|---|---|---|---|---|
| 2 | éthane | saturé | C2H6 | -1559.7 |
| éthène | insaturé | C2H4 | -1410.8 | |
| éthyne | insaturé | C2H2 | -1300.8 | |
| 3 | propane | saturé | CH3CH2CH3 | -2219.2 |
| propène | non saturé | CH3CH=CH2 | -2058.1 | |
| propyne | non saturé | CH3C≡CH | -1938.7 | |
| 4 | butane | saturé | CH3CH2CH2CH3 | -2876.5 |
| but-1-ène | insaturé | CH2=CH-CH2CH3 | -2716.8 | |
| but-1-yne | insaturé | CH≡C-CH2CH3 | -2596.6 |
Addition électrophileEdit
Les doubles ou triples liaisons qui doivent être présentes dans les hydrocarbures insaturés fournissent une haute densité d’électrons qui font que les molécules deviennent des spots parfaits pour les réactions d’addition électrophile. Dans ce type de réaction, une liaison π entre les carbones va se briser en 2 liaisons σ séparées entre chaque carbone et le groupe ajouté. Un intermédiaire carbocation est généralement impliqué dans le mécanisme.
HydrogénationModifier
L’hydrogénation est l’addition électrophile d’hydrogène gazeux à un hydrocarbure insaturé. Le résultat sera un hydrocarbure plus saturé, mais ne deviendra pas nécessairement un hydrocarbure saturé. Par exemple, la semi-hydrogénation d’un alcyne peut former un alcène. Néanmoins, le nombre total de liaison π doit diminuer au cours du processus. La liaison π carbone-carbone est également nécessaire pour ce processus.
L’équation de réaction de l’hydrogénation de l’éthène pour former de l’éthane est:
- H2C=CH2 + H2→H3C-CH3
La réaction d’hydrogénation nécessite généralement des catalyseurs pour augmenter sa vitesse.
Le nombre total d’hydrogène qui peut être ajouté à un hydrocarbure insaturé dépend de son degré d’insaturation. Un hydrocarbure insaturé dont la formule est CXHY peut se voir ajouter 2X+2-Y atomes d’hydrogène au maximum. La molécule deviendra alors saturée.
HalogénationModifier
Similaire à l’hydrogène, l’hétérolyse de l’halogène(X2) produira un ion X+ électrophile, après quoi il sera attaqué par l’électron sur la liaison π. Contrairement à l’hydrogène, l’halogénation produira des ions halonium comme intermédiaires au lieu de carbocations dans la plupart des autres cas. Le cation halonium laisse un espace limité pour l’attaque de l’ion X- et ne se transformera qu’en un produit trans. Le résultat net de l’halogénation est une diminution d’une liaison π et une augmentation de deux liaisons σ carbone-halogène sur les 2 carbones.
L’équation de réaction de l’addition du brome à l’éthène, par exemple, est :
- H2C=CH2 + Br2→H2CBr-CH2Br (trans)
Le test au brome est utilisé pour tester la saturation des hydrocarbures. Ce test consiste à ajouter de l’eau bromée à l’hydrocarbure inconnu ; Si l’eau bromée est décolorée par l’hydrocarbure, ce qui est dû à une réaction d’halogénation, on peut alors conclure que l’hydrocarbure est insaturé. S’il n’est pas décoloré, alors il est saturé.
Le test au brome peut également être utilisé comme une indication du degré d’insaturation pour les hydrocarbures insaturés. L’indice de brome est défini comme le gramme de brome capable de réagir avec 100g de produit. Comme l’hydrogénation, l’halogénation du brome dépend également du nombre de liaisons π. Un nombre de brome plus élevé indique un plus haut degré d’insaturation.
HydratationEdit
La liaison π des hydrocarbures insaturés sont également prêts à accepter H+ et OH- de l’eau. La réaction implique généralement un acide fort comme catalyseur. C’est parce que la première étape du mécanisme d’hydratation implique la liaison π déprotoner un H+ de l’acide fort pour former un carbocation. Le résultat net de la réaction sera un alcool.
L’équation de réaction pour l’hydratation de l’éthène est:
- H2C=CH2 + H2O→H3C-CH2OH
Les liaisons π dans la triple liaison sont également capables de passer sous hydratation en condition acide et de former des énols. Cependant, l’énol ne sera pas un produit mais un intermédiaire, et le produit final sera une cétone. L’intermédiaire énol passe sous tautomérisation et forme la cétone plus stable.
L’équation de réaction de l’hydratation de l’éthyne pour former l’acétaldéhyde est:
- HC≡CH + H2O → H2C=CH-OH
- H2C=CH-OH ⇌ H3C-CHO
HydrohalogénationEdit
L’hydrohalogénation consiste à ajouter des H-X à des hydrocarbures insaturés. Cela va diminuer une liaison π C=C et donner lieu à 2 liaisons C-H et C-X σ avec 2 carbones séparés. La formation du carbocation intermédiaire est sélective et suit la règle de Markovnikov. L’hydrohalogénation d’un alcène donnera un haloalcane, et l’hydrohalogénation d’un alcyne donnera un halogénure de vinyle. L’hydrohalogénation de l’alcyne est beaucoup plus lente que celle de l’alcène.
L’équation de réaction de l’addition de HBr à l’éthène est:
- H2C=CH2 + HBr→H3C-CH2Br
OxydationEdit
L’oxydation des hydrocarbures insaturés dépend de la force de l’agent oxydant. Un agent oxydant faible entraînera une dihydroxylation, l’élimination d’une liaison π pour former deux liaisons σ avec l’oxygène. La dihydroxylation de l’alcène produit un diol, et la dihydroxylation de l’alcyne produit un dicarbonyle vicinal.
Un agent oxydant plus fort, par exemple KMnO4 ou l’ozone, conduira à un clivage oxydatif. Dans ce cas, la liaison π se rompt avec la liaison σ, divisant la molécule d’hydrocarbure en deux. L’oxygène se lie aux deux liaisons π restantes séparément. Le clivage oxydatif de l’alcène produit des cétones ou des aldéhydes, selon la place de la double liaison, et le clivage des alcynes produit de l’acide carboxylique.
Substitution allyliqueModification
La liaison π dans les hydrocarbures insaturés va diminuer l’énergie de dissociation des liaisons C-H allyliques, qui sont des liaisons C-H du carbone qui est adjacent aux carbones sp2. En conséquence, la réaction de substitution radicalaire sera favorisée par rapport aux réactions d’addition.
Un exemple de ceci est la réaction de bromation NBS avec un alcène. La liaison N-Br dans le NBS est faible de sorte que beaucoup de radical libre Br se formera. Le radical libre va attaquer les hydrogènes allyliques affaiblis et les remplacer par des atomes de brome. L’équation de la réaction est :
- RCH2CH=CH2 + (CH2CO)2NBr → RCHBrCH=CH2 + RCH=CHCH2Br + (CH2CO)2N
La réaction produira deux isomères avec du brome attaché à différents carbones. La réaction nécessite une grande quantité de radicaux libres Br au lieu des ions électrophiles Br+, qui vont subir une réaction d’addition. Le NBS est essentiel pour réaliser une telle condition.
Si des groupes hydrocarbonés sont attachés au carbone allylique, cela fera que ce carbone sera plus saturé. Selon la règle de Zaitsev, ce carbone formera un intermédiaire carbocationnel plus stable. Par conséquent, un réarrangement allylique se produira, et la liaison π se déplacera vers ce carbone. Cela donnera un produit majeur de brome substitué au carbone à quatre liaisons du groupe hydrocarbure.
CycloadditionEdit
Pour les hydrocarbures insaturés, la structure du cycle et les liaisons π peuvent toutes deux augmenter le degré d’insaturation, l’échange entre la structure du cycle et les liaisons π peut se produire dans des conditions particulières. Par exemple, pour un diène conjugué et un alcène substitué, il se produit une réaction de Diels-Alder qui forme un cyclohexène. Une telle réaction est très sélective en stéréochimie.
Les alcynes, sous catalyseurs métalliques, par exemple le cobalt, peuvent aussi subir une réaction de cycloaddition appelée trimérisation d’alcyne. Trois alcynes va sous une réaction de cyclisation « 2+2+2 » et rapidement se joindre ensemble pour former un benzène.Trimérisation de différents alcènes sont généralement pas sélectif, mais les catalyseurs spécialement conçus peuvent augmenter la sélectivité.
Réagir en tant que ligandEdit
La liaison π délocalisée dans les hydrocarbures insaturés fournissent une densité électronique élevée, rendant la molécule possible de devenir un ligand métallique. Dans le ligand alcène, la structure de liaison peut être décrite par le modèle de Dewar-Chatt-Duncanson. Dans ce cas, la densité électronique π est donnée aux orbitales d du métal. Plus la donation est forte, plus la liaison arrière de l’orbitale d du métal vers l’orbitale anti liaison π* de l’alcène est forte. Cet effet réduit l’ordre des liaisons de l’alcène et augmente la longueur de la liaison C-C. En conséquence, le métal forme une petite structure cyclique avec les deux carbones.
Le modèle DCD peut également décrire la structure du ligand alcyne. Le complexe métallique peut aussi être un intermédiaire de trimérisation des alcynes, donc les métaux peuvent être des catalyseurs de la réaction.
La synthèse des complexes alcène-ligand peut être décrite comme une réaction d’addition électrophile.
Similaires aux hydrocarbures insaturés linéaires, les arènes ont aussi des liaisons π délocalisées capables de donner aux métaux pour former un complexe. Dans des cas comme celui du benzène, les carbones donnent une densité électronique égale au métal, alors que dans certains autres cas, les carbones donnent différemment au métal, ce qui fait que l’arène se plie ou se désaromatise.