Mécanismes réactionnels

Introduction

Écrire l'équation d'une réaction, c'est en dresser le bilan : ce qui disparaît, ce qui apparaît, dans quelles proportions. Mais ce bilan reste muet sur l'essentiel pour un chimiste qui veut prévoir : par quel chemin les atomes passent-ils des réactifs aux produits, quelles liaisons se rompent, lesquelles se forment, et dans quel ordre ? Répondre à ces questions, c'est proposer un mécanisme réactionnel. C'est lui qui explique pourquoi une réaction est rapide ou lente, pourquoi elle donne tel produit plutôt que tel autre, pourquoi elle conserve ou détruit une information stéréochimique.

Les chimistes ont forgé pour cela un langage graphique remarquablement économe : la flèche courbe, qui figure le déplacement d'un doublet d'électrons d'un site qui le cède vers un site qui l'accepte. Toute la leçon consiste à faire vivre ce langage, du lycée où l'on décrit qualitativement les grandes catégories de transformations, jusqu'à la CPGE où l'on distingue des mécanismes concurrents par leur cinétique et leur stéréochimie. Pour tenir les deux bouts sans changer de système, nous suivrons un fil rouge unique : l'hydrolyse d'un dérivé halogéné, \(\ce{R-X + H2O -> R-OH + H+ + X-}\), que la même manipulation permet d'aborder qualitativement en Terminale puis quantitativement en classe préparatoire.

I. Décrire une transformation à l'échelle microscopique Terminale spé

Le point de départ, au lycée, est la polarisation des liaisons. Deux atomes d'électronégativités différentes ne se partagent pas équitablement le doublet qui les lie : l'atome le plus électronégatif attire la densité électronique et porte une charge partielle négative \(\delta-\), l'autre une charge partielle positive \(\delta+\). Dans un halogénoalcane, la liaison \(\ce{C-X}\) est ainsi polarisée : le carbone est \(\delta+\), l'halogène \(\delta-\). Cette dissymétrie de charge est le moteur de la réactivité, car elle désigne à l'avance où une transformation va se jouer.