LES ALCENES

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      1) Définition - Formule générale :
        2) Nomenclature
        3) La liaison éthylénique - Isomérie Z-E
        4) Propriétés physiques
        5) Géométrie des molécules
        6) Propriétés chimiques
        7) Préparations
        8) Résumé

1) Définition - Formule générale :
Ce sont des hydrocarbures (substances formées uniquement de carbone et d'hydrogène) acycliques (chaîne carbonée ouverte), possédant une double liaison carbone-carbone (C=C).
Leur formule générale est C_nH_2n.
Ils sont rares à l'état naturel.

2) Nomenclature :
Mêmes règles que pour les alcanes ; on remplace "ane" par "ène".
La chaîne principale est donc désignée par un préfixe indiquant son nombre de carbones, puis, placé entre deux tirets, le numéro (le plus petit possible) du 1^er carbone de la liaison double et on termine par la désinence "ène" ; On met en préfixe les groupes ne faisant pas partie de la chaîne principale précédés du numéro du carbone qui les porte. La chaîne principale doit contenir la double liaison.

Exemples :

CH₃-CH=CH-CH₂-CH₃
pent-2-ène	3-méthylbut-1-ène	4-méthylpent-2-ène	2,5-diméthylhept-3-ène	3,6-diméthyloct-4-ène
Formule moléculaire : C₅H₁₀	Formule moléculaire : C₅H₁₀	Formule moléculaire : C₆H₁₂	Formule moléculaire : C₆H₁₂	Formule moléculaire : C₁₀H₂₀

Remarque 1 : Une molécule ayant plusieurs liaisons doubles, n'est pas un alcène. La nomenclature est cependant la même en ajoutant le préfixe indiquant le nombre de doubles liaisons (di, tri ...) devant "ène" .
Exemples :
CH₂=CH-CH=CH₂ buta-1,3-diène (le "a" ajouté au préfixe indiquant le nombre de carbones évite le "hiatus" entre deux consonnes).
CH₂=CH-CH=CH-CH=CH₂ hexa-1,3,5-triène.
Remarque 2 : Le premier terme CH₂=CH₂ est l'éthène appelé aussi éthylène.

3) Géométrie des molécules d'alcènes - L'isomérie Z-E :
        3-1) Géométrie de l'éthène :
La molécule d'éthène est plane, la double liaison C=C empêchant la libre rotation autour de l'axe des carbones. Les angles entre les liaisons sont de 120° autour des carbones.La distance C=C est 0,134 nm, c'est-à-dire plus courte que la distance C-C des alcanes (0,154 nm).

        3-2) Géométrie des autres alcènes :
Autour de la double liaison la molécule est plane, les angles sont de 120° et la distance C=C de 0,134 nm.
        3-3) Les isoméries :
On distingue trois types d'isomérie qu'on va illustrer en prenant comme exemple les molécules ayant comme formule moléculaire C₅H₁₀.
    - l'isomérie de chaîne :
Ils diffèrent par la structure de la chaîne des carbones :

pent-1-ène

3-méthyl-but-1-ène

- l'isomérie de position de la double liaison :
Pour une chaîne donnée (par exemple celle du pent-1-ène) il peut y avoir plusieurs positions de la double liaison :

pent-1-ène

pent-2-ène

- l'isomérie Z-E (ou cis-trans) :
C'est l'empêchement de la libre rotation autour des carbones de la double liaison qui fait apparaître ce type d'isomérie qui n'existait pas avec les alcanes :
Examinons deux cas :
* 1^er cas : Il existe un hydrogène et un seul fixé sur chaque carbone de la double liaison, comme par exemple dans le but-2-ène :
On a l'isomère Z (ou cis) si les deux hydrogènes placés sur les carbones doublement liés sont du même côté de la double liaison :

Z-But-2-ène

On a l'isomère E (ou trans) si les deux hydrogènes placés sur les carbones doublement liés sont de part et d'autre de la double liaison :
E-But-2-ène

* 2ème cas : C'est le cas général, des substituants différents sont placés sur les carbones de la double liaison ; on numérote alors les deux atomes directement liés aux carbones de la double liaison selon la notation de Cahn-Ingold-Prelog et on regarde comment sont placés les deux numéros 1:
Z : Ils sont du même côté de la double liaison.
E : lls sont de part et d'autre de la double liaison (opposés).
Exemple :
Le carbone de gauche de la double liaison porte un H et un CH₃. D'aprés la règle de C.I.P. le C du groupement méthyle a le numéro 1 et le H le numéro 2.
Le carbone de droite de la double liaison porte un méthyle et un groupement isopropyle. Le C du groupement isopropyle a le numéro 1 et le C du groupement méthyle le numéro 2.
Par rapport à l'axe horizontal de la double liaison, les numéros 1 sont du même côté, le composé sera Z ; il s'agit du (Z)-3,4-diméthylpent-2-ène.

4) Propriétés physiques :
* C₁ à C₅ gazeux
* C₆ à C₁₈ liquides
* C₁₉ ---> solides.
Ils sont insolubles dans l'eau.

5) Propriétés chimiques :
La double liaison n'est pas faite de deux liaisons identiques ; une liaison dite s est identique à celle qui existe dans les alcanes entre les carbones, et l'autre, dite liaison p, est moins forte.
Les alcènes ont une grande réactivité ; la liaison p est un lieu d'attaque électrophile.Les alcènes donnent surtout des réactions d'addition électrophiles.
5-1) Additions:

a) H₂(le dihydrogène) :

C_nH_2n + H₂ C_nH_2n+2 (alcanes) .
Elle peut avoir lieu en phase gazeuse sous pression avec du nickel (Ni) comme catalyseur (C'est la réduction de Sabatier et Senderens), ou en phase liquide avec du nickel Raney (que l'on obtient en traitant par de la soude un alliage Aluminium-Nickel). En phase liquide on peut aussi utiliser du platine Adams (oxyde de Pt), du platine Vavon (réduction d'un sel de Pt par du formol), ou un métal comme le palladium, ou le ruthénium ou enfin le chromite de cuivre (méthode d'Adkins).

* Ethène :

On passe ainsi d'un alcène (ici l'éthène), composé insaturé, à un alcane (ici l'éthane), composé saturé.

* Cas général :

Remarque: Un alcène est rarement réduit en alcane ; on utilise par contre cette hydrogénation des doubles liaisons, pour saturer partiellement les huiles végétales (liquides) et les transformer en margarine (solide).

b) X₂ (halogénation) :

C_nH_2n + X₂ C_nH_2nX₂( dihalogéno-alcane).

* Ethène :

Le composé obtenu est le 1,2-dibromoéthane.
Cette réaction est à la base d'un test permettant de savoir si une substance possède ou non des doubles liaisons :
On verse quelques gouttes d'une solution de dibrome dans CCl₄ (solution rouge) dans un tube à essai contenant un peu du corps à analyser ; s'il y a décoloration instantanée à froid c'est que la substance contient au moins une double liaison carbone-carbone.

* Cas général :

Remarque :
Le diiode I₂ ne s'additionne pas directement ; il faut faire agir ICl ou IBr. C'est ainsi que l'on opère pour déterminer l'indice d'iode des substances éthyléniques (corps gras en particulier). L'indice d'iode d'un corps est le nombre de grammes de I₂que 100g de ce corps peuvent fixer.
L'indice d'iode est un indicateur de l'insaturation carbone-carbone d'une molécule (notamment d'un corps gras).

c) HX (un halogénure d'hydrogène) :

Avec HBr et HI l'addition a lieu à basse température ; avec HCl il faut chauffer (170°C) opérer sous pression et avec un catalyseur (ZnCl₂).
alcène symétrique

R-CH=CH-R + HX R-CH₂-CHX-R
On obtient un halogénoalcane.
Exemple :

alcène dissymétrique
Deux possibilités d'addition s'offrent.
Le mécanisme de l'attaque électrophile montre qu'il y a dans un premier temps formation d'un carbocation. Le carbocation secondaire est plus stable que le primaire et conduit à un composé d'addition majoritaire. C'est ce que résume la règle de Markovnikov.

Règle de MARKOVNIKOV: (régiosélectivité) l'hydrogène, lors d'une addition, se fixe sur le carbone le plus hydrogéné (le moins substitué).

Remarque : Les alcènes peuvent également donner, dans d'autres conditions opératoires des additions radicalaires qui se font avec orientation anti-markovnikov (C'est l'effet Karasch)

d) H₂O : on obtient un alcool
e) CO : Oxosynthèse

*En présence d'hydrogène (150°C, 200 bars cobalt-carbonyle comme catalyseur) on obtient un aldéhyde:
R-CH=CH₂ +CO + H₂ R-CH₂-CH₂-CHO ou réaction d'Adkins
*En présence d'eau (250°C, 200 bars nickel-carbonyle comme catalyseur) on obtient un acide carboxylique:
R-CH=CH₂ +CO + H₂O
réaction de Reppe.
5-2) Oxydations :

a) Oxydation douce : elle conduit aux époxydes.

Remarque : Les époxydes sont aussi appelés les oxiranes :

L’oxydation douce (par l'acide perbenzoïque par exemple) conduit aux époxydes

qui par hydratation conduisent aux a diols :

· b) Par l'ozone : (ozonolyse) on obtient un ozonure instable et par action de l'eau 2 aldéhydes (ou un aldéhyde et une cétone ou 2 cétones ou CO₂et un aldéhyde ou CO₂ et une cétone) et de l'eau oxygénée.

exemple :

Un aldéhyde se forme lorsque le carbone correspondant de la double liaison porte un hydrogène. Dans le cas contraire on obtient une cétone. Si un des carbones de la double liaison porte deux hydrogènes, c'est du dioxyde de carbone qui se forme.
Remarque : En général, si un aldéhyde est obtenu, il va être aussitôt oxydé en acide carboxylique par l'action de l'eau oxygénée formée. Si l'on veut éviter cette oxydation, il faut opérer en présence de zinc.

5-3) Résumé des propriétés chimiques

6) Préparations :

Déshydratation des alcools :

Le groupe OH- s'élimine avec l'hydrogène porté par le carbone voisin le moins hydrogéné ; cela constitue la règle de Zaïtsev.
Il s'agit d'une réaction d'élimination. L'alcène obtenu a le même nombre de carbones que l'alcool de départ.

Déshydrohalogénation des dérivés monohalogénés :

Craquage de fractions pétrolifères :

L'opération conduit à des mélanges d'alcanes et d'alcènes qu'on sépare ensuite par distillation fractionnée.