Chimie

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...Par Étude de Chimie
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Exercice : Mécanisme de Substitution Nucléophile

Mécanisme de la Substitution Nucléophile SN1 vs SN2

Contexte : Compétition entre mécanismes SN1Substitution Nucléophile Unimoléculaire. Mécanisme en deux étapes passant par un carbocation intermédiaire. et SN2Substitution Nucléophile Bimoléculaire. Mécanisme en une seule étape concertée sans intermédiaire réactionnel..

Dans cet exercice, nous allons étudier la cinétique de l'hydrolyse de deux halogénoalcanes différents : le 2-bromo-2-méthylpropane (tert-butyl bromure) et le 1-bromobutane. L'objectif est de comprendre comment la structure du substrat influence le mécanisme réactionnel (SN1 ou SN2) et l'ordre de la réaction. Vous apprendrez à déterminer la loi de vitesse et à prédire l'impact des concentrations des réactifs.

Remarque Pédagogique : Comprendre la cinétique chimique est crucial pour prédire comment manipuler les conditions expérimentales (concentrations) afin d'accélérer une synthèse organique.


Objectifs Pédagogiques

  • Distinguer les mécanismes SN1 et SN2 selon la classe de l'halogénoalcane.
  • Établir la loi de vitesse associée à chaque mécanisme.
  • Calculer une vitesse initiale de réaction.
  • Comprendre l'effet de la concentration du nucléophile sur la vitesse.
  • Interpréter un diagramme de profil énergétique.

Données de l'étude

On réalise l'hydrolyse basique de deux composés A et B en présence d'ions hydroxyde \(\text{OH}^-\) à 25°C.

Fiche Technique des Réactifs
Composé Nom IUPAC Structure Type de Carbone
A 2-bromo-2-méthylpropane \((\text{CH}_3)_3\text{C}-\text{Br}\) Tertiaire
B 1-bromobutane \(\text{CH}_3-\text{CH}_2-\text{CH}_2-\text{CH}_2-\text{Br}\) Primaire
Schéma Simplifié des Substrats
Composé A (Tertiaire) Encombré (3D) Composé B (Primaire) Linéaire, peu encombré
Paramètre Description Valeur pour A (SN1) Valeur pour B (SN2)
\(k_1\) Constante de vitesse (ordre 1) \(0.05 \text{ s}^{-1}\) -
\(k_2\) Constante de vitesse (ordre 2) - \(0.02 \text{ L}\cdot\text{mol}^{-1}\cdot\text{s}^{-1}\)

Questions à traiter

  1. Analyser la classe des halogénoalcanes et prédire le mécanisme (SN1 ou SN2).
  2. Établir les lois de vitesse pour chaque composé.
  3. Calculer la vitesse initiale pour le composé A (SN1).
  4. Calculer la vitesse initiale pour le composé B (SN2) et analyser l'effet de concentration.
  5. Comparer les profils énergétiques des deux réactions.

Les bases sur la Cinétique Chimique

La cinétique chimique étudie la vitesse des réactions. En substitution nucléophile, la vitesse dépend du mécanisme réactionnel.

1. Cinétique d'ordre 1 (SN1)
La vitesse ne dépend que de la concentration du substrat halogéné \([\text{RX}]\). L'étape limitante est la formation du carbocation. \[ v = k_1 \times [\text{RX}] \]

2. Cinétique d'ordre 2 (SN2)
La vitesse dépend des concentrations du substrat \([\text{RX}]\) ET du nucléophile \([\text{Nu}^-]\). C'est une réaction concertée bimoléculaire. \[ v = k_2 \times [\text{RX}] \times [\text{Nu}^-] \]


Correction : Mécanisme de la Substitution Nucléophile SN1 vs SN2

Question 1 : Analyse des substrats et prédiction du mécanisme

Principe

La nature du groupe alkyle (primaire, secondaire, tertiaire) est le facteur principal déterminant le mécanisme. L'encombrement stérique et la stabilité du carbocation intermédiaire sont les clés pour choisir entre SN1 et SN2.

Mini-Cours

Effets Électroniques et Stériques :
Pour qu'une SN1 se produise, le départ du groupe partant doit générer un carbocation relativement stable. Les groupes alkyles (\(\text{R-}\)) sont électro-donneurs par effet inductif (+I), ce qui disperse la charge positive du carbocation. La stabilité suit donc l'ordre : Tertiaire > Secondaire > Primaire.
Pour une SN2, le nucléophile doit attaquer le carbone "par derrière". L'encombrement stérique (l'espace occupé par les groupements volumineux) empêche cette approche. La facilité d'attaque suit l'ordre inverse : Primaire > Secondaire > Tertiaire.

Remarque Pédagogique

La méthode infaillible : Regardez le carbone qui porte l'halogène (carbone \(\alpha\)). Comptez à combien d'autres atomes de carbone il est directement lié. Si c'est 3, c'est tertiaire \(\rightarrow\) SN1 quasi-certaine. Si c'est 1, c'est primaire \(\rightarrow\) SN2 quasi-certaine.

Résultat

Composé A (2-bromo-2-méthylpropane) : Le carbone \(\alpha\) est lié à 3 groupes méthyles. C'est un carbone tertiaire. Il est très encombré (bloque SN2) et forme un carbocation stable.
\(\rightarrow\) Mécanisme SN1.

Composé B (1-bromobutane) : Le carbone \(\alpha\) est lié à 1 seul autre carbone. C'est un carbone primaire. Il est peu encombré (favorise SN2) et formerait un carbocation très instable.
\(\rightarrow\) Mécanisme SN2.

Réflexions

La chimie est une histoire de moindre effort. Le composé A "choisit" la SN1 car casser la liaison C-Br demande moins d'énergie que de surmonter la répulsion stérique pour une SN2. Le composé B "choisit" la SN2 car former un carbocation primaire demanderait une énergie colossale, alors que l'attaque dorsale est facile.

Points de vigilance

La zone grise (Secondaire) : Les halogénoalcanes secondaires sont les plus difficiles à prédire car ils peuvent réagir par les deux mécanismes. C'est souvent la nature du solvant (polaire protique favorise SN1, aprotique favorise SN2) ou la force du nucléophile qui tranchera.

A vous de jouer

Quel serait le mécanisme majoritaire pour le 2-bromopropane (secondaire) dans un solvant polaire aprotique (comme l'acétone) ? (Répondre 1 pour SN1, 2 pour SN2)

Mini Fiche Mémo

Synthèse de la Question 1 :

  • Tertiaire (3°) : SN1 (Carbocation stable).
  • Primaire (1°) : SN2 (Faible encombrement).
  • Clé : Analyser la classe du carbone \(\alpha\).

Question 2 : Lois de vitesse

Principe

La loi de vitesse est une équation mathématique qui relie la vitesse instantanée de la réaction aux concentrations molaires des différents réactifs présents. Elle ne peut être déduite que du mécanisme réactionnel, plus précisément de l'étape la plus lente, appelée étape cinétiquement déterminante.

Mini-Cours

En cinétique, l'ordre partiel par rapport à un réactif est l'exposant de sa concentration dans la loi de vitesse. Pour une étape élémentaire (qui se produit en un seul choc ou une seule rupture), l'ordre correspond à la molécularité (le nombre de molécules impliquées).
SN1 : L'étape lente est la rupture spontanée de la liaison C-X. Une seule molécule est impliquée (le substrat). C'est un processus unimoléculaire, donc d'ordre 1.
SN2 : L'étape unique est la collision simultanée entre le nucléophile et le substrat. Deux molécules sont impliquées. C'est un processus bimoléculaire, donc d'ordre 2.

Remarque Pédagogique

Il est crucial de distinguer l'équation bilan (qui montre le début et la fin) du mécanisme (qui montre le chemin). La loi de vitesse dépend du chemin (mécanisme), pas simplement de l'équation bilan. C'est pourquoi on ne peut pas deviner l'ordre d'une réaction juste en regardant son équation globale.

Normes

En chimie cinétique, la vitesse \( v \) s'exprime traditionnellement en \(\text{mol}\cdot\text{L}^{-1}\cdot\text{s}^{-1}\) (moles par litre par seconde). Les concentrations \([\text{X}]\) sont en \(\text{mol}\cdot\text{L}^{-1}\) (ou M). Les constantes de vitesse \( k \) ajustent leurs unités pour que l'équation soit homogène.

Formule(s)

Loi de vitesse SN1 (Ordre global 1)

\[ v_{\text{A}} = k_1 [\text{RX}] \]

Loi de vitesse SN2 (Ordre global 2)

\[ v_{\text{B}} = k_2 [\text{RX}][\text{Nu}^-] \]
Hypothèses

Nous supposons que nous sommes au début de la réaction (vitesse initiale), où la concentration des produits est négligeable, évitant ainsi les réactions inverses. Nous supposons également que la température est maintenue constante à 25°C, car la constante \( k \) varie exponentiellement avec la température (loi d'Arrhenius).

Donnée(s)

Nous nous basons sur les conclusions de la Question 1 :
Composé A (Tertiaire) suit un mécanisme SN1.
Composé B (Primaire) suit un mécanisme SN2.
Le nucléophile est l'ion hydroxyde \(\text{OH}^-\).

Astuces

Un moyen mnémotechnique infaillible : Le chiffre dans le nom du mécanisme indique son ordre cinétique (pour les cas simples).
SN1 \(\rightarrow\) Cinétique d'ordre 1 (vitesse dépend de 1 espèce).
SN2 \(\rightarrow\) Cinétique d'ordre 2 (vitesse dépend de 2 espèces).

Schéma (Avant les calculs)

Pour comprendre l'origine des lois de vitesse, visualisons ce qui se passe au niveau moléculaire. La probabilité de réaction dépend du nombre de collisions efficaces.

Molécularité de l'étape déterminante
SN1 : Unimoléculaire Rupture spontanée Dépend seulement de [RX] SN2 : Bimoléculaire Nu Choc nécessaire Dépend de [RX] ET [Nu]
Calcul(s) (Expressions littérales)

Pour le composé A (SN1), le nucléophile n'intervient pas dans l'étape lente. L'expression est donc :

\[ v_{\text{A}} = k_1 \times [\text{A}]^1 \]

Pour le composé B (SN2), le nucléophile et le substrat doivent entrer en collision. L'expression est donc :

\[ v_{\text{B}} = k_2 \times [\text{B}]^1 \times [\text{OH}^-]^1 \]
Schéma (Après les calculs)

Voici la conséquence graphique directe de ces lois : la variation de la vitesse en fonction de la concentration du nucléophile.

Signature Expérimentale (Vitesse vs [Nu])
Concentration du Nucléophile [Nu] Vitesse de réaction SN1 (Ordre 0 / Nu) SN2 (Ordre 1 / Nu)
Réflexions

Cette distinction est fondamentale pour un chimiste. Si vous voulez accélérer une réaction SN1, ajouter plus de réactif nucléophile ne servira à rien (gaspillage de produits chimiques). Par contre, pour une SN2, augmenter la concentration du nucléophile accélérera directement la production.

Points de vigilance

Confusion fréquente : Ne confondez pas le chiffre "2" de SN2 avec le nombre d'étapes. SN2 signifie "Bimoléculaire" (2 molécules se cognent), mais cela se passe en 1 seule étape. À l'inverse, SN1 signifie "Unimoléculaire" (1 molécule se casse), mais cela nécessite 2 étapes (cassure puis attaque).

Points à retenir

La loi de vitesse est la signature expérimentale du mécanisme :
- Dépendance unique au substrat \(\rightarrow\) SN1.
- Dépendance au substrat ET au nucléophile \(\rightarrow\) SN2.

Le saviez-vous ?

Ces mécanismes ont été élucidés par Christopher Ingold et Edward Hughes dans les années 1930 à l'University College de Londres. Leurs travaux ont posé les bases de la compréhension moderne de la réactivité organique, transformant la chimie d'une collection de recettes en une science prédictive rationnelle.

FAQ

Questions fréquemment posées par les étudiants :

Résultat Final
Loi A : \( v = k_1 [\text{A}] \). Loi B : \( v = k_2 [\text{B}] [\text{OH}^-] \).
A vous de jouer

Quel est l'ordre global de la réaction pour le composé B (SN2) ? (Additionnez les exposants des concentrations)

Mini Fiche Mémo

Synthèse de la Question 2 :

  • Concept Clé : L'ordre reflète la molécularité de l'étape limitante.
  • Formule Essentielle : SN1 \(\rightarrow\) \(v = k[\text{RX}]\) ; SN2 \(\rightarrow\) \(v = k[\text{RX}][\text{Nu}]\).

Question 3 : Calcul de vitesse - Composé A (SN1)

Principe

Le calcul de la vitesse initiale consiste à appliquer numériquement la loi de vitesse trouvée précédemment. C'est une vérification quantitative qui permet de prédire à quelle allure les réactifs vont disparaître dès le mélange.

Mini-Cours

Analyse des unités pour l'ordre 1 :
L'équation est \( v = k \times [C] \).
On veut \( v \) en \( \text{mol} \cdot \text{L}^{-1} \cdot \text{s}^{-1} \).
La concentration \( [C] \) est en \( \text{mol} \cdot \text{L}^{-1} \).
Par conséquent, la constante \( k \) doit être en \( \text{s}^{-1} \) (inverse de temps) pour que les unités correspondent.

Remarque Pédagogique

Faites toujours une analyse dimensionnelle (vérification des unités) avant de calculer. Cela permet d'éviter bien des erreurs !

Normes

On veillera à respecter le nombre de chiffres significatifs des données (ici, les données comme 0.1 ou 0.05 ont 1 ou 2 chiffres significatifs, nous donnerons le résultat avec précision standard).

Formule(s)

Loi de vitesse SN1

\[ v_{\text{A}} = k_1 \times [\text{A}]_0 \]
Hypothèses

Nous calculons la vitesse initiale (\(t=0\)). À cet instant précis, la concentration de A est exactement égale à la concentration introduite \([\text{A}]_0\), car rien n'a encore réagi.

Donnée(s)
ParamètreSymboleValeurUnité
Constante de vitesse SN1\(k_1\)0.05\(s^{-1}\)
Concentration initiale de A\([\text{A}]_0\)0.1mol/L
Concentration de \(\text{OH}^-\)\([\text{OH}^-]\)0.5mol/L
Astuces

Le Piège du Nucléophile : Notez que la concentration de \(\text{OH}^-\) (0.5 mol/L) est donnée dans le tableau. C'est une donnée "parasite" pour ce calcul spécifique. Dans une SN1, le nucléophile "attend" que le carbocation se forme. Sa concentration n'affecte pas la vitesse de formation du carbocation. Il faut savoir ignorer cette valeur !

Schéma (Avant les calculs)

Visualisons les "contributeurs" de vitesse. La vitesse est le produit de la constante (puissance intrinsèque) et de la concentration (quantité de carburant).

Facteurs de Vitesse (SN1)
[RX] 0.1 M × k1 0.05 Vitesse SN1 [OH-] ignoré
Détail du Calcul

Suivons le calcul pas à pas pour comprendre l'origine du résultat :

Étape 1 : Identification des valeurs
Dans le tableau de données ci-dessus, on repère les valeurs pour le composé A :
- \( k_1 \) (constante de vitesse SN1) est donnée à 0.05.
- \( [\text{A}]_0 \) (concentration initiale de A) est donnée à 0.1.

Étape 2 : Substitution dans la loi de vitesse
Nous reprenons l'expression littérale \( v_{\text{A}} = k_1 \times [\text{A}]_0 \) et nous remplaçons les symboles par leurs valeurs numériques :

\[ v_{\text{A}} = 0.05 \times 0.1 \]

Cette opération revient à multiplier la probabilité de rupture (constante \(k\)) par le nombre de molécules présentes (concentration).

Étape 3 : Vérification des unités (Analyse dimensionnelle)
On multiplie l'unité de \(k\) par l'unité de concentration :
\( \text{s}^{-1} \times (\text{mol} \cdot \text{L}^{-1}) = \text{mol} \cdot \text{L}^{-1} \cdot \text{s}^{-1} \)
C'est bien une unité de vitesse volumique cohérente.

Étape 4 : Calcul numérique

\[ \begin{aligned} v_{\text{A}} &= 0.005 \text{ mol}\cdot\text{L}^{-1}\cdot\text{s}^{-1} \end{aligned} \]
Schéma (Après les calculs)

Visualisation du résultat : la hauteur de la jauge représente l'amplitude de la vitesse calculée.

Comparaison de Vitesse
v(A) = 0.005 mol/L/s
Réflexions

Le résultat \(0.005\) \(\text{mol}\cdot\text{L}^{-1}\cdot\text{s}^{-1}\) indique qu'au tout début de la réaction, la concentration de substrat baisse de 0.005 mol/L chaque seconde. C'est une vitesse initiale ; elle diminuera au cours du temps car \([\text{A}]\) diminue.

Points de vigilance

Une erreur fréquente est de multiplier par la concentration de \(\text{OH}^-\) "au cas où". Cela fausserait totalement le résultat et montrerait une incompréhension du mécanisme SN1.

Points à retenir

Pour une cinétique d'ordre 1 : Vitesse = Constante × Concentration du substrat.

FAQ

Questions fréquentes :

Résultat Final
\( v_{\text{A}} = 0.005 \text{ mol}\cdot\text{L}^{-1}\cdot\text{s}^{-1} \)
A vous de jouer

Calculez la vitesse si \([\text{A}]_0 = 0.2\) mol/L (le double). Vous devriez trouver le double de la vitesse précédente.

Mini Fiche Mémo

Synthèse de la Question 3 :

  • Formule : \(v = k[\text{Substrat}]\).
  • Méthode : Multiplication simple.
  • Piège : Ne pas utiliser [\text{Nu}].

Question 4 : Calcul de vitesse - Composé B (SN2)

Principe

Pour le composé B, le mécanisme est une SN2. La loi de vitesse est d'ordre 2 (ordre 1 par rapport à chaque réactif). Le calcul nécessite donc de prendre en compte les concentrations des deux partenaires de réaction.

Mini-Cours

Analyse des unités pour l'ordre 2 :
L'équation est \( v = k \times [C_1] \times [C_2] \).
On veut \( v \) en \( \text{mol} \cdot \text{L}^{-1} \cdot \text{s}^{-1} \).
Le produit des concentrations \([C_1][C_2]\) donne des \( (\text{mol} \cdot \text{L}^{-1})^2 = \text{mol}^2 \cdot \text{L}^{-2} \).
Pour compenser, la constante \( k \) doit être en \( \text{L} \cdot \text{mol}^{-1} \cdot \text{s}^{-1} \).

Remarque Pédagogique

C'est la différence majeure avec la question précédente. Ici, le nucléophile \(\text{OH}^-\) est un acteur direct de la vitesse. Sans lui, la réaction ne démarre pas !

Normes

Les unités de concentrations et de temps doivent être cohérentes entre la constante \(k\) et les données.

Formule(s)

Loi de vitesse SN2

\[ v_{\text{B}} = k_2 \times [\text{B}]_0 \times [\text{OH}^-] \]
Hypothèses

Nous supposons que le mélange est parfaitement homogène instantanément, permettant aux molécules de B et aux ions \(\text{OH}^-\) de se rencontrer selon les probabilités statistiques définies par leurs concentrations.

Donnée(s)
ParamètreSymboleValeurUnité
Constante de vitesse SN2\(k_2\)0.02\(\text{L}\cdot\text{mol}^{-1}\cdot\text{s}^{-1}\)
Concentration initiale de B\([\text{B}]_0\)0.1mol/L
Concentration de \(\text{OH}^-\)\([\text{OH}^-]\)0.5mol/L
Astuces

Vision intuitive : Imaginez une piste de danse. La fréquence des collisions (la vitesse) dépend du nombre de danseurs (concentration B) ET du nombre de partenaires disponibles (concentration OH-). Si l'un des deux manque, il n'y a pas de danse (réaction).

Schéma (Avant les calculs)

Ici, la vitesse est le produit de TROIS facteurs : la constante et les deux concentrations.

Facteurs de Vitesse (SN2)
[RX] 0.1 × [OH-] 0.5 × k2 0.02 Vitesse SN2
Détail du Calcul

Procédons au calcul détaillé étape par étape :

Étape 1 : Identification des variables
Dans le tableau de données de l'énoncé, nous extrayons les trois valeurs nécessaires :
- \( k_2 \) (constante SN2) = 0.02.
- \( [\text{B}]_0 \) (concentration initiale B) = 0.1.
- \( [\text{OH}^-] \) (concentration nucléophile) = 0.5.

Étape 2 : Substitution dans la formule
Nous remplaçons ces valeurs dans l'équation de vitesse bimoléculaire \( v_{\text{B}} = k_2 \times [\text{B}]_0 \times [\text{OH}^-] \) :

\[ v_{\text{B}} = 0.02 \times 0.1 \times 0.5 \]

Nous devons effectuer une double multiplication car la vitesse dépend des deux réactifs.

Étape 3 : Analyse dimensionnelle (Unités)
Vérifions la cohérence des unités :
\( (\text{L} \cdot \text{mol}^{-1} \cdot \text{s}^{-1}) \times (\text{mol} \cdot \text{L}^{-1}) \times (\text{mol} \cdot \text{L}^{-1}) \)
On simplifie : un \( \text{L} \) annule un \( \text{L}^{-1} \), un \( \text{mol}^{-1} \) annule un \( \text{mol} \).
Il reste bien : \( \text{mol} \cdot \text{L}^{-1} \cdot \text{s}^{-1} \).

Étape 4 : Résultat numérique

\[ \begin{aligned} v_{\text{B}} &= 0.02 \times (0.1 \times 0.5) \\ &= 0.02 \times 0.05 \\ &= 0.001 \text{ mol}\cdot\text{L}^{-1}\cdot\text{s}^{-1} \end{aligned} \]
Schéma (Après les calculs)

Comparaison visuelle : la vitesse calculée ici (SN2) est nettement inférieure à celle calculée précédemment (SN1), à cause de la constante \(k\) plus faible.

Comparaison Vitesse SN1 vs SN2
SN1 0.005 SN2 0.001
Réflexions (Analyse de l'effet de concentration)

La vitesse calculée est \(0.001\) mol/L/s. C'est 5 fois plus lent que la réaction SN1 du composé A (0.005) dans ces conditions.
Point crucial : Si on doublait la concentration de l'hydroxyde \([\text{OH}^-]\) (passant de 0.5 à 1.0 M), la vitesse doublerait également : \( v'_{\text{B}} = 0.02 \times 0.1 \times 1.0 = 0.002 \). Cette sensibilité à la concentration du nucléophile est la preuve expérimentale "signature" d'un mécanisme SN2.

Points de vigilance

N'oubliez surtout pas de multiplier par la concentration du nucléophile ! C'est l'erreur la plus courante quand on passe d'un exercice SN1 à un exercice SN2.

Points à retenir

La bimolécularité implique une dépendance linéaire vis-à-vis de chaque réactif. Doubler l'un double la vitesse. Doubler les deux quadruple la vitesse.

Le saviez-vous ?

Cette réaction s'accompagne souvent d'une inversion de configuration spatiale appelée Inversion de Walden. C'est comparable au retournement d'un parapluie par un vent violent : le nucléophile attaque d'un côté et "pousse" les autres liaisons vers l'autre côté.

FAQ

Questions fréquentes :

Résultat Final
\( v_{\text{B}} = 0.001 \text{ mol}\cdot\text{L}^{-1}\cdot\text{s}^{-1} \)
A vous de jouer

Quelle serait la vitesse si on double à la fois [B] et [OH-] par rapport aux conditions initiales ? (Indice : \(2 \times 2 = 4\))

Mini Fiche Mémo

Synthèse de la Question 4 :

  • Formule : \(v = k[\text{RX}][\text{Nu}]\).
  • Effet : Les deux concentrations comptent.

Question 5 : Profils Énergétiques

Principe

Le diagramme d'énergie potentielle montre le chemin parcouru par les molécules au cours de la transformation chimique. L'axe horizontal représente la coordonnée de réaction (l'avancement) et l'axe vertical l'énergie libre (ou enthalpie). Les "pics" représentent les obstacles énergétiques à franchir.

Mini-Cours

Définitions clés :
État de transition (\(\ddagger\)) : C'est le point de plus haute énergie, instable et non isolable. C'est le sommet de la "bosse".
Intermédiaire réactionnel (I) : C'est un creux local d'énergie entre deux étapes. Il a une durée de vie finie (même très courte) et peut parfois être isolé.
Loi : Le nombre d'étapes d'un mécanisme est égal au nombre de bosses sur le profil.

Remarque Pédagogique

On compare souvent l'énergie d'activation (\(E_a\)) à la hauteur d'une colline à franchir. Plus la colline est haute, moins les molécules ont assez d'énergie pour passer, et plus la réaction est lente.

Schéma (Profils)
Comparaison des Profils Énergétiques
Coordonnée de réaction Énergie Potentielle TS1 ‡ TS2 ‡ Intermédiaire (C+) SN1 (2 Étapes) TS ‡ SN2 (1 Étape) Réactifs Produits
Réflexions

SN1 (Courbe Bleue) : On observe deux "bosses" (états de transition) séparées par un creux : c'est l'intermédiaire carbocation. L'énergie d'activation de la première étape est la plus haute, ce qui confirme qu'elle est cinétiquement déterminante.
SN2 (Courbe Rouge) : Une seule bosse. Pas d'intermédiaire. L'état de transition est le point de plus haute énergie où le nucléophile arrive et le groupe partant part simultanément.

Points de vigilance

Ne confondez pas thermodynamique (différence d'énergie entre Réactifs et Produits) et cinétique (hauteur de la barrière). Une réaction peut être très favorable thermodynamiquement (exothermique) mais infiniment lente (barrière trop haute).

Points à retenir

Le nombre d'étapes du mécanisme est égal au nombre de barrières d'activation sur le profil énergétique. SN1 = 2 étapes = Intermédiaire réactionnel. SN2 = 1 étape = État de transition uniquement.

A vous de jouer

Combien d'états de transition y a-t-il dans une réaction SN1 ?

Mini Fiche Mémo

Synthèse de la Question 5 :

  • SN1 : 2 bosses, 1 creux (carbocation).
  • SN2 : 1 bosse, pas de creux.
  • Sommet : État de transition.

Outil Interactif : Simulateur de Cinétique

Visualisez l'impact des concentrations sur la vitesse pour les deux mécanismes.

Paramètres d'Entrée
1.0 mol/L
1.0 mol/L
Vitesses calculées (unités arbitraires)
Vitesse SN1 (dépend de [\text{RX}]) -
Vitesse SN2 (dépend de [\text{RX}] et [\text{Nu}]) -

Quiz Final : Testez vos connaissances

1. Quel type d'halogénoalcane réagit presque exclusivement par un mécanisme SN1 ?

2. Comment la vitesse d'une réaction SN2 change-t-elle si on double la concentration du nucléophile ?

3. Quelle est la caractéristique stéréochimique principale d'une réaction SN2 ?

4. Quel intermédiaire réactionnel est formé lors d'une SN1 ?

5. Lequel de ces solvants favorise une SN1 ?


Nucléophile
Espèce chimique riche en électrons (possédant un doublet non liant) capable d'attaquer un site pauvre en électrons (électrophile).
Carbocation
Ion intermédiaire instable portant une charge positive sur un atome de carbone. Il est plan trigonal.
Groupe partant (Nucléofuge)
Atome ou groupe d'atomes qui se détache du substrat en emportant le doublet d'électrons de liaison.
Exercice de Chimie Organique - Niveau Licence/Prépas

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