Modifications du squelette carbon´ e
I. Les r´eactions d’addition
1) Les transformations de la chaˆıne carbon´ee
Dans ce type de r´eaction, la double liaison plane ”C=C” est remplac´ee par une liaison simple. L’atome de carbone est alors t´etra´edrique et le nombre d’atomes de carbone composant la chaˆıne carbon´e n’est pas mo- difi´e.
2) Cas de la pr´esence d’un r´eactif insatur´e
Deux substituants vont se fixer sur le r´eactif insatur´e de la r´eaction. Ces substituants sont issus de la scission en deux parties de la mol´ecule d’un autre r´eactif.
Exemple : En pr´esence d’un catalyseur, sous pression et `a chaud : CH3-CH=CH-CH3(g)+ H-H(g) CH3-CH2-CH2-CH3(g)
CH3-CH=CH-CH3(g)est le r´eactif insatur´e et le dihydrog`ene est la mol´ecule se coupant.
II. La polyaddition
1) D´efinition de la polym´erisation
Il s’agit d’une technique consistant en une addition r´ep´et´ee d’un tr`es grand nombre de mol´ecules insatur´ees appel´ees monom`eres. Cette op´eration conduit `a la formation d’une macromol´ecule appel´eepolym`ere.
n est appel´eindice de polym´erisation;
le groupe (CHA-CHB) est lemotif du polym`ere.
2) Polym`eres importants : les d´eriv´es de compos´es vinyliques
Les monom`eres peuvent ˆetre des compos´es vinyliques du type suivant : CH2-CHA. Ils pr´esentent alors un groupe vinyle: H2C=CH.
Les polym`eres r´esultants seront donc de la forme : -(CH2-CHA)-n
Exemples :
l’´ethyl`ene CH2=CH2 conduit `a la formation du poly´ethyl`ene (PE) -(CH2-CH2)-n servant `a la fabrication des emballages d’aliments, films plastiques, flacons, bidons... ;
le chlorure de vinyle `a pour polym`ere correspondant le polychlorure de vinyle (PVC) utilis´e entre autres pour les tuyaux et les canalisations ;
le styr`ene donnera le polystyr`ene (PS) pr´esents dans les r´efrig´erateurs, pour la protection des emballages, etc.
III. Autres r´eactions intervenant dans le raffinage des p´etroles
Ces r´eactions sont utilis´ees afin de valoriser les produits r´esultant de la distillation fractionn´ee des p´etroles.
1) Distillation fractionn´ee des p´etroles
Selon la temp´erature, le p´etrole emmagasin´e n’est pas transform´e de la mˆeme mani`ere. Il existe alors une sorte d’´echelle de distillation.
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Les diff´erents hydrocarbures contenus dans le p´etrole sont s´epar´es dans des raffineries par distillation frac- tionn´ee : le p´etrole est chauff´e jusqu’`a 380˚C. Les compos´es organiques gazeux `a faibles temp´eratures d’´ebullition sont ´evacu´es en haut de la colonne. Les compos´es au squelette carbon´e plus important, qui ont une grande temp´erature d’´ebullition, sont r´ecup´er´es en bas de la colonne.
2) Le craquage thermique
C’est une op´eration au cours de laquelle les mol´ecules d’hydrocarbures satur´es `a longues chaˆınes sont cass´ees par l’agitation thermique pour produire des mol´ecules `a chaˆınes plus courtes.
Il existe plusieurs types de craquage :
le craquage catalytique : se produit en pr´esence d’un catalyseur (une substance acc´el´erant la r´eaction sans subir de modifications permanentes et sans influer sur le bilan de la r´eaction) ;
le vapocraquage (ou hydrocraquage) : la rupture des mol´ecules se fait en pr´esence de vapeur d’eau ; Exemples :
le craquage de l’hexane
Ici, l’hexane initial a ´et´e bris´e en deux parties : du but-1-`ene et de l’´ethane. En additionnant ces deux nou- veaux hydrocarbures, on retrouve de l’hexane.
Le craquage de butane :
De la mˆeme mani`ere, on obtient :
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3) Le reformage
Sous l’action de la chaleur et de catalyseurs, des chaˆınes lin´eaires vont pouvoir ˆetre transform´ees soit en chaˆınes cyclis´ees et d´eshydrog´en´ees, soit en chaˆınes ramifi´ees, qui conduisent `a des cycles insatur´es compor- tant une ou plusieurs liaisons multiples.
Techniques ne modifiant pas le nombre de carbones : a) Isom´erisation et ramifications du squelette carbon´e :
Dans cette transformation s’effectuant `a temp´eratures mod´er´ees (de l’ordre de 120 `a 200˚C), on aboutit `a une mol´ecule ramifi´ee `a partir d’une mol´ecule lin´eaire.
Exemple de l’hexane :
b) La d´eshydrog´enation :
On r´ealise l’´elimination d’un atome d’hydrog`ene port´e par chaque atome de carbone engag´e dans la r´eaction.
On notera alors l’apparition d’une double liaison entre deux atomes de carbone li´es par une liaison simple.
c) La cyclisation :
Cette r´eaction se produit dans les mˆemes conditions que la pr´ec´edente. Ici, on transforme un alcane lin´eaire en cyclane (alcane `a chaˆıne ferm´ee). Cependant cette r´eaction n’est possible que pour des alcanes poss´edant au moins 5 atomes de carbone.
Exemple de l’hexane :
d) La cyclisation suivie d’une d´eshydrog´enation :
La cyclisation peut s’effectuer `a des temp´eratures plus ´elev´ees, voisines de 500˚C. On utilisera un catalyseur, en g´en´eral du platine (Pt) : la r´eaction sera dans ce cas accompagn´ee d’une d´eshydrog´enation et conduira `a l’apparition d’un cycle benz´enique.
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Techniques influant sur le nombre de carbone : Ces techniques allongent la chaˆıne carbon´ee.
a) L’alkylation :
Cette op´eration consiste `a remplacer un atome d’hydrog`ene d’une chaˆıne carbon´ee par un groupe alkyle. Il y a possibilit´e de la r´ealiser en combinant un alcane et un alc`ene.
b) La polym´erisation :
Il s’agit de la principale technique, et la plus courante(voir II).
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