- se rappeler les réactions (réactifs et conditions) par lesquelles les halogénures d'alkyle peuvent être produits : (a) la substitution radicalaire libre des alcanes par $\text{Cl}_2$ ou $\text{Br}_2$ en présence de lumière ultraviolette, comme illustré par les réactions de l'éthane (b) addition électrophile d'un alcène avec un halogène, $\text{X}_2$, ou un halogénure d'hydrogène, $\text{HX(g)}$, à température ambiante (c) substitution d'un alcool, par ex. par réaction avec $\text{HX(g)}$ ; ou avec $\text{KCl}$ et concentré $\text{H}_2\text{SO}_4$ ou concentré $\text{H}_3\text{PO}_4$ ; ou avec $\text{PCl}_3$ et chaleur ; ou avec $\text{PCl}_5$ ; ou avec $\text{SOCl}_2$
- classer les halogénures d'alkyle en primaires, secondaires et tertiaires
- décrire les réactions de substitution nucléophile suivantes : (a) la réaction avec $\text{NaOH(aq)}$ et chaleur pour produire un alcool (b) la réaction avec $\text{KCN}$ dans l'éthanol et chaleur pour produire un nitrile (c) la réaction avec $\text{NH}_3$ dans l'éthanol chauffé sous pression pour produire une amine (d) la réaction avec du nitrate d'argent aqueux dans l'éthanol comme méthode d'identification de l'halogène présent, comme illustré par le bromoéthane
- décrire la réaction d'élimination avec $\text{NaOH}$ dans l'éthanol et chaleur pour produire un alcène, comme illustré par le bromoéthane
- décrire les mécanismes $\text{S}_\text{N}1$ et $\text{S}_\text{N}2$ de la substitution nucléophile dans les halogénures d'alkyle, y compris les effets inductifs des groupes alkyle
- se rappeler que les halogénures d'alkyle primaires ont tendance à réagir via le mécanisme $\text{S}_\text{N}2$ ; les halogénures d'alkyle tertiaires via le mécanisme $\text{S}_\text{N}1$ ; et les halogénures d'alkyle secondaires par un mélange des deux, selon la structure
- décrire et expliquer les différentes réactivités des halogénures d'alkyle (avec une référence particulière aux forces relatives des liaisons C–X, comme illustré par les réactions des halogénures d'alkyle avec les nitrates d'argent aqueux)
Composés halogénés
Chimie A-Level · Sujet 15
7:31
Composés halogénés
Appuyez sur le bouton d'une bombe aérosol de congélation, et votre peau s'engourdit de froid. À l'intérieur se trouve un halogénométhane : un alcane avec un atome d'halogène à la place d'un…
Narration en anglais · Sous-titres anglais + 中文 incrustés
15.1
Halogénures d'alkyle
Programme
Source : Programme Cambridge International
Un halogénure d'alkyle 卤代烷 est un alcane comportant un ou plusieurs atomes d'halogène substitués à des hydrogènes (une liaison C–X, où X est un halogène).

Préparation des halogénures d'alkyle
- substitution radicalaire 自由基取代 d'un alcane avec $\text{Cl}_2$ ou $\text{Br}_2$ sous lumière ultraviolette.
- addition électrophile 亲电加成 d'un alcène avec un halogène $\text{X}_2$ ou un hydracide $\text{HX}$.
- substitution d'un alcool 醇, par exemple par $\text{HX}$, par $\text{PCl}_5$, par $\text{PCl}_3$ avec chauffage, ou par $\text{SOCl}_2$.
Trois classes
Un halogénure d'alkyle est primaire 伯, secondaire 仲 ou tertiaire 叔, selon le nombre d'atomes de carbone liés au carbone portant l'halogène (un, deux ou trois).

| Anglais | Chinois | Pinyin |
|---|---|---|
| halogenoalkane/ˈheɪləʊdʒnəʊlkeɪn/ | 卤代烷 | lǔ dài wán |
| free-radical substitution/friː ˈrædɪkl ˌsʌbstɪˈtjuːʃn/ | 自由基取代 | zì yóu jī qǔ dài |
| electrophilic addition/ɪˌlektrəʊˈfɪlɪk əˈdɪʃn/ | 亲电加成 | qīn diàn jiā chéng |
| alcohol/ˈælkəhɒl/ | 醇 | chún |
| primary/ˈpraɪməri/ | 伯 | bó |
| secondary/ˈsekəndəri/ | 仲 | zhòng |
| tertiary/ˈtɜːʃjəri/ | 叔 | shū |
| nucleophilic substitution/ˌnjuːklɪəˈfɪlɪk ˌsʌbstɪˈtjuːʃn/ | 亲核取代 | qīn hé qǔ dài |
| nucleophile/ˈnjuːklɪɒfaɪl/ | 亲核试剂 | qīn hé shì jì |
15.1
Substitution nucléophile
La liaison C–X est polaire, donc le carbone est légèrement positif. Une substitution nucléophile 亲核取代 a lieu lorsqu'un nucléophile 亲核试剂 (espèce à paire libre) attaque ce carbone et remplace l'halogène.

| Réactif et conditions | Produit |
|---|---|
| $\text{NaOH(aq)}$, chaleur | un alcool |
| $\text{KCN}$ dans l'éthanol, chauffage | non nitrile 腈 (ajoute un carbone à la chaîne) |
| $\text{NH}_3$ dans l'éthanol, chauffé sous pression | une amine 胺 |

Pour identifier l'halogène, chauffer l'halogénure d'alkyle avec de la nitrate d'argent 硝酸银 dans l'éthanol. Un précipité 沉淀 d'halogénure d'argent se forme, et sa couleur indique quel halogène est présent (blanc $\text{AgCl}$, crème $\text{AgBr}$, jaune $\text{AgI}$).
Substitution nucléophile
Un nucléophile remplace le groupe partant sur un halogénure d'alkyle.
| Anglais | Chinois | Pinyin |
|---|---|---|
| nitrile/ˈnaɪtraɪl/ | 腈 | jīng |
| amine/ˈæmaɪn/ | 胺 | àn |
| silver nitrate/ˈsɪlvə ˈnaɪtreɪt/ | 硝酸银 | xiāo suān yín |
| precipitate/prɪˈsɪpɪteɪt/ | 沉淀 | chén diàn |
15.1
Élimination
Le même halogénure d'alkyle peut subir une élimination 消去 pour former un alcène 烯烃. Les conditions déterminent quelle réaction domine :
- $\text{NaOH}$ dans l'eau → substitution nucléophile → un alcool.
- $\text{NaOH}$ dans l'éthanol, chauffé → élimination → un alcène.

| Anglais | Chinois | Pinyin |
|---|---|---|
| elimination/ɪˌlɪmɪˈneɪʃn/ | 消去 | xiāo qù |
| alkene/ˈælkiːn/ | 烯烃 | xī tīng |
| transition state/trænˈsɪʃn steɪt/ | 过渡态 | guò dù tài |
15.1
Mécanismes S$_\text{N}$1 et S$_\text{N}$2
La substitution nucléophile peut suivre deux voies :
- S$_\text{N}$2 : une étape. Le nucléophile attaque simultanément au départ de l'halogène, passant par un état de transition 过渡态 encombré où les deux sont partiellement liés. La vitesse dépend tant de l'halogénure d'alkyle que du nucléophile.
- S$_\text{N}$1 : deux étapes. D'abord la liaison C–X se rompt pour former un carbocation 碳正离子 ; ensuite le nucléophile l'attaque. La vitesse ne dépend que de l'halogénure d'alkyle.

Les groupes alkyles repoussent les électrons vers le carbone positif (l'effet inductif 诱导效应), stabilisant ainsi le carbocation. C'est pourquoi :
- les halogénures d'alkyle primaires réagissent principalement par S$_\text{N}$2.
- les halogénures d'alkyle tertiaires réagissent principalement par S$_\text{N}$1 (leur carbocation est bien stabilisé).
- les halogénures d'alkyle secondaires utilisent un mélange des deux.
Le mécanisme SN2, étape par étape
Étape par étape de la substitution nucléophile. Le nucléophile attaque par l'arrière pendant que le halogène part — tout cela en une seule étape fluide, inversant la molécule comme un parapluie au vent.
| Anglais | Chinois | Pinyin |
|---|---|---|
| carbocation/ˌkɑːbəˈkeɪʃn/ | 碳正离子 | tàn zhèng lí zi |
| inductive effect/ɪnˈdʌktɪv ɪˈfekt/ | 诱导效应 | yòu dǎo xiào yìng |
| bond energy/bɒnd ˈenədʒi/ | 键能 | jiàn néng |
15.1
Réactivités différentes
La vitesse de réaction d'un halogénure d'alkyle dépend de la force de la liaison C–X, mesurée par son énergie de liaison 键能. La liaison C–I est la plus faible, donc les iodoalcanes réagissent le plus vite ; la liaison C–Cl est la plus forte des trois, donc les chloroalcanes réagissent le plus lentement. Ainsi, lors d'un test au nitrate d'argent, un iodoalcane forme son précipité en premier — sa réactivité 反应活性 accrue vient de la liaison C–X plus faible.

Exemple résolu. Prédire le mécanisme pour l'hydrolyse de la 1-bromobutane et de la 2-bromo-2-méthylpropane. Classifier d'abord l'halogénure d'alkyle. La 1-bromobutane est primaire : le carbone portant le $\text{Br}$ est peu encombré, donc le nucléophile peut attaquer par l'arrière et le mécanisme est $\text{S}_\text{N}2$ - une étape, avec la vitesse dépendant de les deux l'halogénure d'alkyle et du nucléophile. La 2-bromo-2-méthylpropane est tertiaire : trois groupes méthyle volumineux bloquent cette attaque, mais ils stabilisent aussi le carbocation formé une fois le $\text{Br}$ parti, donc cela suit $\text{S}_\text{N}1$ - deux étapes, avec la vitesse dépendant uniquement de l'halogénure d'alkyle. Décider selon la classe (primaire → $\text{S}_\text{N}2$, tertiaire → $\text{S}_\text{N}1$), et noter que le tertiaire hydrolyse plus vite malgré son encombrement plus grand.
| Anglais | Chinois | Pinyin |
|---|---|---|
| reactivity/rɪəkˈtɪvɪti/ | 反应活性 | fǎn yìng huó xìng |
15.1
Conseils d'examen
- Dessiner la substitution nucléophile avec une flèche courbe de la paire libre du nucléophile vers le carbone $\delta+$ et une autre de la liaison $\text{C-X}$.
- Associer le mécanisme à la classe : $S_\text{N}1$ (tertiaire, carbocation, deux étapes) vs $S_\text{N}2$ (primaire, une étape, état de transition).
- La réactivité est dictée par l'enthalpie de liaison : $\text{C-I}$ est la plus faible, donc les iodoalcanes réagissent le plus vite (et non par électronégativité).
- Élimination (KOH éthanolique chaude) vs substitution (KOH aqueuse tiède) — les conditions déterminent le produit ; les indiquer.
Leçons interactives sur ce sujet
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