Composé insaturé
Les composés insaturés sont, en chimie organique, des composés dont le nombre total d'atomes est inférieur à celui que l'on peut déduire de la valence maximale de chacun des atomes constitutifs prise individuellement.
Nature de l'insaturation
modifierInsaturation de liaisons
modifierLe terme d'insaturation peut donc indiquer l'existence de liaisons doubles et triples au sein de la molécule étudiée, à l'inverse, un composé saturé est un composé présentant uniquement des liaisons simples. Ainsi, le cas le plus simple de composé insaturé à double liaison carbone-carbone est l'éthène (ou éthylène : H2C=CH2), dérivé de l'éthane (H3C-CH3), le cas le plus simple de composé à liaison triple carbone-carbone est l'acétylène (ou éthyne : HC≡CH). La liaison carbone-carbone dans l'éthane est une liaison
Ainsi, une ouverture de la liaison
D'un point de vue structural (distinct du point de vue énergétique) dans le cas de l'éthène, le carbone passant de trivalent (hybridation sp2, plane) à tétravalent (sp3, tridimensionnelle), « suscite » un degré de liberté supplémentaire permet de passer d'une configuration à une autre par rotation autour de la liaison carbone-carbone. Dans le cas de l'éthyne, la « rupture » des liaisons
Les composés insaturés par liaisons sont en général moins stables, au sens de la thermodynamique, que les composés saturés correspondants : l'addition d'atomes sur les liaisons multiples est donc souvent favorisée en raison de cette instabilité, ce qui permet de les utiliser dans de nombreuses réactions comme produits initiaux. C'est d'ailleurs cette propriété qui est employé dans l'usage de l'éthyne (soudure à l'acétylène)
Cette instabilité se retrouve sous un autre aspect dans de nombreuses réactions chimiques, puisque certains des intermédiaires de réactions / états de transitions s'avèrent être des composés insaturés, comme dans la réaction de Wittig.
Insaturation par formation d'un cycle
modifierL'insaturation du composé peut être aussi due à la cyclicité de celui-ci. Le fait d'avoir une ou plusieurs chaînes d'atomes fermées obéit à la définition donnée dans l'introduction en diminuant le nombre d'atomes constitutifs par rapport au nombre nécessaire pour arriver à saturation. De fait, chaque cycle présent enlève deux atomes à ce nombre, deux électrons (au moins) étant mis en commun par deux atomes pour le fermer.
L'exemple le plus simple à considérer est le cas du cyclohexane, cycloalcane de formule brute C6H12. L'alcane (linéaire) saturé correspondant est l'hexane de formule brute C6H14, s'écrivant en formule semi-développée de la manière suivante : H3C-CH2-CH2-CH2-CH2-CH3. Le cyclohexane est de fait un isomère de l'hexène, alcène à 6 atomes de carbone, et les atomes de carbone correspondant aux groupes terminaux de l'hexane sont ici liés par une liaison covalente, ne permettant plus la liaison avec deux des six atomes d'hydrogène de ces groupes, ce qui est équivalent à l'insaturation provoquée par une double liaison, sans toutefois présenter de liaison pi caractéristique.
Les cycles peuvent être relativement complexes lorsque la molécule prend une troisième dimension, à l'instar de ceux du cubane (C8H8) qui en compte six, pour seulement huit atomes de carbone.
Insaturations « composées »
modifierLes composés insaturés peuvent présenter plusieurs types d'insaturations de manière simultanée. Il en est par exemple ainsi avec les hydrocarbures aromatiques, qui présentent à la fois un caractère cyclique et des liaisons multiples (ou plutôt une délocalisation électronique des électrons pi). Un des meilleurs exemples est le benzène : composé aromatique à six carbones de formule C6H6, il présente l'équivalent de trois doubles liaisons en plus de sa cyclicité, portant son nombre d'insaturations à 4.
Nombre d'insaturations
modifierLe nombre d'insaturations est, par définition, le compte des insaturations d'un composé chimique, pouvant être déterminé à partir de la formule brute du dit composé. Dans les cas les plus simples (c'est-à-dire si l'on excepte les composés à valence variable comme les éléments de transition), il est possible d'établir une formule simple pour calculer ce nombre.
Soit N le nombre d'insaturations. Un composé comme l'éthène comprend deux atomes tétravalents (C) et quatre monovalents (H), et présente une insaturation. Afin de déterminer l'existence d'insaturations, il convient de vérifier la possibilité ou non de former des liaisons
Considérant ceci, la formule de détermination du nombre d'insaturations est la suivante : dans laquelle nX est le nombre d'atomes X-valent de la molécule étudiée.
Quelques exemples d'insaturations communes
modifierIci est listé quelques exemples de composés et fonctions communs possédant une ou plusieurs insaturations :
- fonction acide carboxylique -COOH : apporte une insaturation.
- fonction aldéhyde (-COH) ou cétone (-CO-) : apporte une insaturation.
- fonction cyanure : apporte deux insaturations.
- fonction ester (-COO-) : apporte une insaturation.
- fonction phényle (-C6H5) : apporte quatre insaturations.
- les fullerènes sont hautement insaturés : le C60 possède par exemple 61 insaturations.
Bibliographie
modifier- (fr) Traité de Chimie Organique, Peter C. Vollhardt, Neil E. Schore, Paul Depovere (Trad.), De Boeck Université, 4e éd. 2004.
- (fr) Chimie Organique Avancée, tome 1, Carey & Sundberg, De Boeck Université, 3e éd. 1996.