Nitriles

Imagine que tu sois un alchimiste, il y a \( 1000 \)  ans. Tu essayes de comploter contre le roi et de fabriquer un poison, mais tu ne connais pas les éléments à extraire de tes graines ! Tu dois connaître les spécificités des nitriles et leur chimie pour pouvoir fabriquer du cyanure.

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    Les nitriles sont un groupe fonctionnel organique très controversé. D'une part, ils peuvent être très utiles dans de nombreuses industries, mais ils sont surtout connus pour être toxiques. Nous examinerons ici les raisons pour lesquelles ces groupes sont souvent si toxiques, mais aussi les autres propriétés pour lesquelles ils sont connus. En nous plongeant dans la structure et la création des nitriles, nous pourrons observer pourquoi ce groupe fonctionnel fait parler de lui depuis des siècles.

    • Ce résumé de cours est consacré aux nitriles.
    • Dans ce résumé de cours, tu comprendras ce qu'est un nitrile à travers sa composition, sa formule, sa structure et son hybridation seront abordées.
    • Nous présenterons le groupe fonctionnel du nitrile et l'alkyle.
    • Nous verrons la benzonitrile et l'acrylonitrile.
    • Nous examinerons les réactions que peuvent subir les nitriles, notamment la production de nitriles (substitution nucléophile), d'hydroxynitriles et comment les nitriles peuvent se transformer en amines (attaque nucléophile) .
    • Nous explorerons les utilisations des nitriles dans les industries connues et moins connues.

    Qu'est-ce qu'un nitrile ?

    Un nitrile est un groupe fonctionnel spécifique utilisé en chimie. Ce groupe fonctionnel fait partie de la chimie organique en raison de sa présence de carbone et de la façon dont il s'incorpore aux composés et molécules à base de carbone.

    Dans la littérature, ce terme est souvent interchangeable avec le terme "cyano-". Ce préfixe est largement utilisé dans différents contextes, généralement pour indiquer la présence d'un groupe fonctionnel nitrile dans une molécule. Toute molécule présentant ce préfixe contient un nitrile. Les séries homologues qui contiennent un groupe nitrile sont appelées nitriles.

    Il est important de noter que les nitriles désignent uniquement les composés organiques qui contiennent un groupe nitrile.

    Les cyanocarbones sont un autre nom pour les composés organiques contenant un groupe nitrile.

    Cyano

    Il est intéressant de noter que les composés inorganiques contenant un groupe nitrile ne sont pas appelés nitriles, mais cyanures. Le terme cyanures provient du préfixe cyano-, largement utilisé. La différence essentielle entre les nitriles et les cyanures est que les cyanures désignent généralement tout composé chimique contenant un groupe nitrile, alors que les nitriles doivent être un composé organique.

    Dans la section suivante, nous aborderons la structure et la formule de ce groupe fonctionnel.

    Formule des nitriles

    La formule d'un nitrile est : \( -CN \) .

    Mais qu'est-ce que cela signifie ? Un nitrile est un groupe fonctionnel qui présente une triple liaison entre l'azote et le carbone. Le carbone est à son tour relié à un autre groupe de chimie organique, tel qu'un hydrocarbure de la série homologue. En général, un nitrile est relié au squelette carboné principal du composé organique.

    Structure du nitrile

    La structure du nitrile se compose d'une liaison simple entre le carbone (du nitrile) et le squelette de carbone du composé organique, mais aussi d'une liaison triple entre le carbone et l'azote du nitrile. Quelle hybridation présenteront donc les deux atomes en question, le carbone et l'azote ?

    Nitriles : Hybridation

    Comme il s'agit d'une triple liaison entre les deux atomes les plus importants du groupe fonctionnel, et comme la liaison sera une liaison linéaire, les deux atomes seront hybridés \( sp \) .

    Il est intéressant de noter que le carbone présente deux orbitales \( sp \) hybridées. L'une des orbitales hybrides \( sp \) est donc liée au squelette de carbone du composé organique, et l'autre orbitale hybride \( sp \) est liée à l'azote. Dans les deux cas, une liaison \( \sigma \) est créée.

    L'azote est également hybridé \( sp \) , ce qui permet de créer une liaison \( \sigma \) avec le carbone. La liaison sigma crée une seule liaison, alors d'où viennent les deux autres liaisons de la triple liaison ? L'azote et le carbone présentent tous deux orbitales \( 2p \) . Ces deux orbitales s'assemblent pour former deux liaisons \( \pi \) . Ces deux orbitales supplémentaires complètent la triple liaison entre l'azote et le carbone dans le nitrile.

    Groupe fonctionnel du nitrile : Alkyle

    Nous allons aborder ici le nitrile en tant que groupe fonctionnel, et comment sa structure est représentée.

    Tu trouveras ci-dessous un moyen de montrer un nitrile.

    Nitriles, Structure d'un nitrile d'alkyle, StudySmarterFig.1- Représentation du nitrile

    Que nous apprend cette représentation sur les nitriles ? Nous pouvons observer les liaisons qui sont créées entre les atomes de substitution.

    Plus important encore, le moyen montre la triple liaison entre le carbone et l'azote. En outre, on peut observer la liaison simple entre le carbone central et le reste de la molécule (représentée par \( R \) ).

    Le moyen montre la nature linéaire du groupe fonctionnel.

    Le nitrile est linéaire en raison de la triple liaison, qui crée un angle de liaison de \( 180° \) entre les deux domaines électroniques du carbone central.

    Exemples de nitriles

    Les nitriles sont un élément important de la chimie organique et se montrent donc partout ! Nous aborderons ici quelques-uns des exemples les plus courants et les endroits où ils peuvent être trouvés.

    Globalement, les nitriles peuvent être divisés en deux parties. Lorsque l'on pense aux nitriles, des connotations négatives viennent généralement à l'esprit. Celles-ci présentent généralement un lien avec le cyanure et ses propriétés toxiques.

    En fait, le cyanure a présenté un intérêt historique important au cours des siècles. En effet, sa production a toujours été demandée à des fins diverses. C'est ainsi que son importance dans la culture et les médias s'est accrue au fil des ans. Cela va de l'époque médiévale jusqu'à nos jours.

    L'autre aspect des nitriles concerne les composés utiles. Comme il s'agit d'un groupe organique fonctionnel, on peut le trouver dans de nombreux contextes organiques différents de la chimie.

    Certaines applications cruciales se trouvent dans les polymères, tels que les caoutchoucs et les colles. Les nitriles peuvent être présents dans la super-glue, ainsi que dans des caoutchoucs tels que le caoutchouc nitrile. Le caoutchouc nitrile est très important dans de nombreuses industries, car il résiste aux huiles et aux carburants. Ceci est spécifiquement dû au fait que le nitrile contient des polymères à longue chaîne qui présentent une résistance aux différents composés hydrocarbonés organiques, tels que les carburants. D'autres nitriles polymères peuvent être utilisés dans des polymères spécifiques contenant des nitriles qui sont utilisés dans des contextes où le latex n'est pas utilisé. Il s'agit souvent d'un substitut du latex, qui peut s'avérer crucial pour les personnes allergiques au latex et, en fin de compte, sauver des vies. C'est pourquoi on peut le trouver dans les gants médicaux et les environnements hospitaliers, ainsi que dans les laboratoires sans latex.

    Benzonitrile : Phényle

    La benzonitrille est une molécule planaire aromatique qui obéit à la règle de Huckel.

    Nitriles, benzonitrile, StudySmarterFig.2- Benzonitrile.

    La benzonitrile est un liquide huileux incolore qui présenterait une odeur d'amande. Elle est largement utilisée comme solvant et intermédiaire dans les industries fabriquant des médicaments, des parfums, des colorants, du caoutchouc, et des textiles.

    Acrylonitrile

    L'acrylonitrile est une molécule organique très réactive dont la formule chimique est \( C_3H_3N \) . Elle se présente sous la forme d'un liquide clair et volatil à l'odeur piquante.

    L'acrylonitrile est utilisé comme agent chimique intermédiaire dans la production de divers produits chimiques et pharmaceutiques.

    Il est également facilement oxydable et peut être hydrolysé pour former des acides carboxyliques. Il réagit également avec des bases pour former des composés nitrés.

    Nitriles, acrylonitrile, StudySmarterFig.3- Acrylonitrile

    Réactions au nitrile

    Nous aborderons ici les \( 3 \) réactions les plus importantes que tu dois connaître concernant les nitriles. Nous essaierons de comprendre leur importance et leur mécanisme. Deux d'entre elles concernent la création d'un nitrile, tandis qu'une autre est une réaction impliquant un résultat que peut présenter un nitrile.

    Les deux premiers processus concernent la création d'un nitrile, en l'occurrence un nitrile organique ou un hydroxynitrile. Le troisième mécanisme discutera de la façon dont un nitrile peut réagir dans certains contextes chimiques, dans ce cas, comment un nitrile peut se transformer en amine.

    Fabrication d'un nitrile : Substitution nucléophile

    Pour créer un nitrile, la réaction la plus facile à réaliser est une simple réaction de substitution nucléophile entre un halogénoalcane et un anion cyanure. Cette réaction peut se produire car, dans de nombreux contextes chimiques, un halogène sur un hydrocarbure peut souvent être remplacé par d'autres groupes chimiques et groupes fonctionnels.

    Tout d'abord, la création d'une solution avec un anion cyanure nécessite du cyanure de potassium \( KCN \) . C'est pourquoi cette réaction est parfois appelée réaction de création d'un nitrile à partir d'un halogénoalcane et de cyanure de potassium. Le cyanure de potassium étant un composé de nature ionique, il se dissout pour créer des ions potassium et des anions cyanure.

    Il est important que la solution de \( KCN \) utilise un solvant non aqueux, car le groupe hydroxyle peut facilement déplacer l'halogène au lieu de l'anion cyanure. C'est pourquoi la solution est généralement dissoute dans l'éthanol.

    Comment effectuer cette réaction ? Il suffit de chauffer l'halogénoalcane souhaité et la solution de \( KCN \) à reflux. Au bout d'un certain cours, la réaction de substitution devrait avoir lieu, l'halogène étant déplacé de la chaîne hydrocarbonée et le nitrile étant créé. Cette réaction produira une solution d'anions halogènes.

    Un exemple de ce type de réaction pour créer un nitrile peut être celui du 1-bromopropane et du \( KCN \) . Ici, le 1-bromopropane sera notre halogénoalcane de choix :

    Nous pouvons donc créer l'équation de réaction ionique suivante :

    $$ CH_3CH_2CH_2Br + CN^- \rightarrow CH_3CH_2CH_2CN + Br^- $$

    Nous pouvons alors construire l'équation complète :

    $$ CH_3CH_2CH_2Br + KCN \rightarrow CH_3CH_2CH_2CN + KBr $$

    Le nitrile résultant est le butanenitrile.

    Il est important de noter que dans l'exemple ci-dessus, l'halogénoalcane choisi est un halogénoalcane primaire, mais les halogénoalcanes secondaires et tertiaires subiront également une réaction similaire.

    Cette réaction de création d'un nitrile est très importante, car elle incorpore non seulement un groupe fonctionnel, mais aussi un carbone. Elle permet d'allonger la chaîne de carbone par une simple réaction.

    On peut commencer avec une chaîne d'hydrocarbures plus courte et finir avec une chaîne plus longue. En fait, cette réaction est utilisée et manipulée pour ajouter des carbones aux chaînes.

    Fabrication d'un hydroxynitrile

    Pour créer un hydroxynitrile, en d'autres termes souvent appelé cyanohydrine, tu as besoin d'un réactif organique avec un groupe carbonyle, tel qu'un aldéhyde ou une cétone. La double liaison oxygène-carbone permettra à la réaction d'addition nucléophile d'avoir lieu.

    Cette réaction se produit par l'addition de cyanure d'hydrogène \( HCN \) à ces composés organiques. Il est important de mentionner que ce \( HCN \) est un gaz toxique qui n'est pas utilisé, mais que le \( KCN \) est utilisé dans un environnement acide.

    Nitriles, Réaction entre un aldéhyde et l'ion cyanure, StudySmarterFig.2- Réaction entre un aldéhyde et l'ion cyanure

    Le composé organique produit présente un nitrile et un groupe hydroxyle attaché au carbone où se trouvait la double liaison oxygène.

    Du nitrile à l'amine : Attaque nucléophile

    Une autre réaction clé que les nitriles peuvent subir est la conversion en amine. Nous allons essayer ici de commenter comment un nitrile peut se convertir en amines primaires.

    Les amines primaires peuvent être formées par un catalyseur, qui est \( LiAlH_4 \) . La réaction se déroule dans un environnement aqueux, où le nitrile est attaqué. Cela crée un anion imine, qui est alors converti en amine. Cela signifie que la triple liaison entre le nitrile et le carbone du groupe fonctionnel du nitrile est rompue pour que les hydrogènes se lient à la fois à l'azote et au carbone du nitrile, produisant ainsi une amine. Cette réaction est médiée par l'attaque du nucléophile hydrure sur le carbone électrophile.

    Dans ce résumé de cours, tu devrais avoir présenté le sujet des nitriles, principalement leur structure, leurs réactions et leurs utilisations. Peux-tu observer maintenant pourquoi les nitriles sont souvent un sujet de débat ? Leur utilisation, tant dans l'industrie que dans les poisons, peut souvent être sujette à controverse.

    Nitriles - Points clés

    • Les nitriles sont des groupes fonctionnels organiques \( -CN \) , souvent désignés par le terme "cyano-".
    • Le carbone est triplement lié à l'azote.
    • Il présente une hybridation \( sp \) et est un groupe fonctionnel linéaire.
    • Le cyanure, les polymères contenant du nitrile et le caoutchouc nitrile sont des exemples de nitriles.
    • La benzonitrille est une molécule planaire aromatique qui obéit à la règle de Huckel.
    • L'acrylonitrile est une molécule organique très réactive dont la formule chimique est \( C_3H_3N \) . Elle se présente sous la forme d'un liquide clair et volatil à l'odeur piquante.
    • Les nitriles peuvent être créés par deux réactions :
      • Substitution nucléophile produisant un nitrile ;
      • Attaque nucléophile produisant un hydroxynitrile.
    • Les nitriles peuvent être convertis en amines, qui prolongent la chaîne de carbone de la molécule organique.
    Questions fréquemment posées en Nitriles

    Le nitrile est-il recyclable ?

    En général, les polymères contenant du nitrile sont recyclables.

    À quoi servent les nitriles ?

    Les nitriles servent dans de nombreuses industries, qu'il s'agisse de substituts de polymères (latex) ou de faciliter les réactions organiques en allongeant les chaînes de carbone.

    Quelle est la formule des nitriles ?

    La formule des nitriles est RCN.

    Quelle est la différence entre le nitrile et le cyanure ?

    La différence entre le cyanure et le nitrile est que le terme cyanure fait référence à tout composé chimique contenant le groupe cyano, tandis que le terme nitrile fait référence à tout composé organique contenant le groupe cyano.

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    Quelle est la formule d'un nitrile ?

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