La structure électronique des molécules

Les réactions en chimie organique se font par rupture puis formation de liaisons chimiques. Celles-ci étant constituées de paires d’électrons, pour comprendre les mécanismes réactionnels il faut s’intéresser au comportement des électrons à l’intérieur de ces liaisons.

I. L’électronégativité des atomes

Les atomes ont une tendance plus ou moins grande à attirer vers eux les électrons d’une liaison covalente. Cette propriété est liée à l’électronégativité des atomes mis en jeu dans la liaison (voir programme de Première).

À noter

Deux atomes d’une molécule sont reliés entre eux par des électrons mis en commun par chaque atome. Les deux électrons ainsi partagés constituent un doublet électronique liant, appelé liaison covalente.

Dans une liaison, l’atome le plus électronégatif porte un excès de charge négative noté − q tandis que l’autre atome porte un défaut de charge négative noté + q.

Exemples :

Dans une molécule, un site pauvre en électrons est susceptible d’accepter des électrons tandis qu’un site riche en électrons est susceptible d’en donner.

II. Les différents types de réactifs

Il existe plusieurs sortes de réactifs. En terminale, on se limitera aux réactifs nucléophiles et électrophiles.

Les réactifs nucléophiles (notés ) sont des molécules ou des ions négatifs possédant, au moins, un doublet libre. Ce doublet libre permettra d’établir une liaison avec un réactif pauvre en électrons. La partie de la molécule ou de l’ion riche en électrons est un centre nucléophile (donneur d’électrons).

Exemple : ion hydroxyde  ; molécule d’eau .

Les réactifs électrophiles (notés ) sont des molécules ou des ions positifs susceptibles de réagir en établissant une liaison avec un réactif amenant un doublet libre. La partie pauvre de la molécule ou de l’ion en électrons est un centre électrophile (accepteur d’électrons).

Exemple : ion hydrogène  ; chlorure d’aluminium AlCl₃.

Méthode

Reconnaître des centres électrophiles et nucléophiles d’une molécule

On dispose des formules semi-développées de deux molécules :

 

Données : électronégativité de quelques atomes :

1. a. Indiquer sur la formule de l’éthanol les excès ou défauts de charge négative portés par les atomes d’oxygène et d’hydrogène en bleu sur la formule semi-développée.

b. Indiquer sur la formule du méthanoate de méthyl les excès ou défauts de charge négative portés par les atomes carbone et d’oxygène en bleu sur la formule semi-développée.

2. L’atome d’oxygène en bleu de la molécule d’éthanol est-il un site nucléophile ou un site électrophile ? Même question pour l’atome de carbone en bleu de la molécule de méthanoate de méthyl.

Conseils

1. a. et b. Comparez les valeurs de l’électronégativité des atomes impliqués dans la liaison considérée. L’atome le plus électronégatif portera un excès de charge négative noté − q tandis que l’autre atome portera un défaut de charge négative noté + q.

2. a. et b. Un site électrophile est un atome pauvre en électrons. Un site nucléophile est un atome riche en électrons.

Solution

1. a. D’après les données, l’électronégativité de l’oxygène est supérieure à celle de l’hydrogène : il s’agit du plus électronégatif des deux.

b. D’après les données, l’électronégativité de l’oxygène est supérieure à celle du carbone : il s’agit du plus électronégatif des deux.

2. L’atome d’oxygène de la molécule d’éthanol porte un excès de charge négative : c’est un site nucléophile. L’atome de carbone de la molécule de méthanoate de méthyl porte un défaut de charge négative : c’est un site électrophile.