Alcènes/Structure et propriétés

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Définition

L'éthylène

Définition

Les alcènes sont des hydrocarbures qui possèdent une double liaison entre deux atomes de carbones.

Par opposition avec les alcanes, ils sont dit insaturés car le nombre d'hydrogène n’est pas maximal. La formule brute d'un alcène linéaire est donc de la forme :

Début d’une formule chimique

C_nH_2n

Fin d’une formule chimique

L'alcène le plus simple est l'éthylène :

Début d’une formule chimique

C₂H₄

Fin d’une formule chimique

Nomenclature

On utilise le suffixe -ène pour caractériser les alcènes.

Voir la page Nomenclature (chimie).

Propriétés de la double liaison

Les propriétés de la double liaison (géométrie, énergie) sont des éléments important pour la compréhension de la réactivité des alcènes.

Structure de la double liaison

Les 3 orbitales hybrides sp²du carbone trigonale vue du dessus

Les deux atomes de carbone formant la double liaison sont hybridés sp². La structure électronique de ces atomes est donc constituée de trois orbitales atomiques hybrides sp² et d'une orbitale atomique p_z. La disposition spatiale des trois orbitales sp² peut être représentée par un triangle équilatéral. L'atome est alors superposé avec le barycentre de ce triangle, les trois orbitales atomiques hybrides sont dirigées vers les sommets du triangle. Elles forment donc un plan. L'orbitale p_z est perpendiculaire à ce plan.

La liaison π

La double liaison est constituée d'une liaison π et d'une liaison σ. Cette dernière est générée par le recouvrement axiale des orbitales atomiques hybrides sp² tandis que la liaison π est généré par le recouvrement équatorial des orbitales p_z. Par conséquent les électrons π (ou doublet π) se trouvent localisés de part et d’autre du plan formé par les liaisons σ. Dans le cas des alcènes, la double liaison est une fonction riche en électron. Les alcènes sont donc des nucléophiles.

Énergie de la double liaison

La liaison σ est plus forte que la liaison π. La liaison π est donc la plus réactive car il faut fournir moins d'énergie pour la rompre. Par conséquent, une grande classe de réaction faisant intervenir des alcènes sont les réactions d'additions. La liaison π est alors rompue pour former deux nouvelles liaisons σ .

Nature de la liaison	Énergie de la liaison
Liaison σ	347 kJ/mol
Liaison π	263 kJ/mol

Double liaison et libre rotation

Le recouvrement de symétrie π nécessitent que les deux orbitales atomiques p_z soient parallèles. Dans le cas contraire, le recouvrement n’est pas possible, il n'y a pas de liaison π.

Imaginons une rotation autour de la double liaison. Celle-ci provoque une perte de la parallélité, donc la rupture de la liaison π. Or, si on regarde l'énergie de cette liaison, on se rend vite compte que l'agitation thermique n’est pas suffisante pour rompre cette dernière. Pour cette raison, la rotation autour d'une double liaison n’est pas possible.

Isoméries

Voir la page Isomérie.

Conclusion

L'examen de la structure de la double liaison a permis de montrer que dans le cas des alcènes, la double liaison est un site riche en électron. D'autre part, la comparaison des énergies de la liaison σ et de la liaison π nous a permis de montrer que cette dernière est la plus réactive. Par conséquent, une grande classe de réaction faisant intervenir les alcènes sont les additions électrophiles.

Propriété

• La géométrie des doubles liaisons est un plan
• Dans le cas des alcènes, la double liaison est une fonction riche en électron
• Les alcènes sont des nucléophiles
• La liaison π est la plus réactive
• Il n'y a pas de rotation autour d'une double liaison
• Réactivité : Réactions d'additions électrophiles

Nous avons vu au cours de ce chapitre que l'étude de la structure et des propriétés d'une fonction nous permet de nous faire une idée de la réactivité.