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Substitution, élimination et carbocations : guide d’étude

Idées clés

Un halogénoalcane peut réagir avec un nucléophile ou une base de quatre façons : SN1, SN2, E1 et E2. La structure du substrat, le nucléophile, le groupe partant et le solvant décident laquelle l’emporte.

  • SN2 se fait en une étape avec attaque par l’arrière, donc la configuration s’inverse. Elle est la plus rapide pour les substrats méthyle et primaires, lente pour les secondaires et n’a pas lieu pour les tertiaires.
  • SN1 passe par un carbocation, donc elle est la plus rapide pour les substrats tertiaires, donne un produit racémique et sa vitesse ne dépend que du substrat.
  • La stabilité des carbocations est 3° > 2° > 1° > méthyle. Les meilleurs groupes partants sont des bases plus faibles : I⁻ > Br⁻ > Cl⁻ > F⁻.
  • Les solvants protiques polaires favorisent SN1, les aprotiques polaires SN2. Une base forte et encombrée favorise E2, et la chaleur favorise l’élimination par rapport à la substitution.

Équations clés

  • SN1: rate = k[RX]
  • SN2: rate = k[RX][Nu]
  • carbocation: 3° > 2° > 1° > CH₃⁺
  • leaving group: I⁻ > Br⁻ > Cl⁻ > F⁻

Exemple résolu

Comparons CH₃Br, CH₃CH₂Br, (CH₃)₂CHBr et (CH₃)₃CBr avec l’iodure dans l’acétone (SN2) : les vitesses décroissent dans l’ordre CH₃Br > CH₃CH₂Br > (CH₃)₂CHBr > (CH₃)₃CBr. Dans l’éthanol, le 2-bromo-2-méthylpropane réagit par SN1 et E1, et doubler la concentration du nucléophile ne change rien car la vitesse est k[RX].

Erreurs fréquentes

  • S’attendre à SN2 sur un carbone tertiaire, où l’arrière est trop encombré.
  • Utiliser la loi de vitesse SN1, sans terme du nucléophile, pour une réaction SN2.
  • Choisir le fluorure comme bon groupe partant. C’est un mauvais car le fluorure est la base la plus forte des halogénures.

Pratique

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