Nous allons parler d’un nouveau chapitre qui concerne les effets électroniques. Les effets électroniques sont des mouvements d’électrons apparaissant dans des molécules ou dans des ions et ayant pour conséquences un certain nombre de propriétés chimiques. Nous verrons que dans les molécules nous avons des groupements qui sont donneurs d’électrons, d’autres qui sont au contraire attracteurs d’électrons. C’est un chapitre clé qui nous permettra de mieux comprendre la chimie organique.
Nous allons définir les notions de groupements attracteurs et donneurs. L’hydrogène est considéré comme ni donneur, ni attracteur : c’est une référence. SI un groupement est attracteur, il va avoir tendance à attirer les électrons vers lui : il y aura donc un excès d’électrons vers lui. Si le groupement est au contraire donneur, il sera appauvri en électrons. Nous avons donc des conséquences différentes sur la polarité des groupes ainsi que la densité électronique en fonction du type d’effets.
Il existe deux grandes familles d’effets électroniques : les effets inductifs et les effets mésomères. Nous allons commencer par les effets inductifs.Ils sont liés à la présence d’une différence d’électronégativité, concernent les liaisons sigmas (simples) et sont de très courte portée (ils diminuent avec la distance). Ils sont présents dans toutes les molécules. Nous prenons deux espèces A et B, si l’électronégativité de B est supérieure à celle de A, alors B aura un effet inductif attracteur (-I) et A un effet donneur inductif (+I).
Les groupements +I sont les alkyles (CnH2n+1 : CH3, C2H5…). Par ailleurs, plus il y a de carbones, plus l’effet est fort.
Les groupements -I sont tous les autres, soit tout ce qui n’est pas un alkyle. Par ailleurs, plus l’atome est électronégatif, plus l’effet sera important.
Nous avons donc des jeux de mouvements d’électrons autour d’un carbone, et nous faisons le bilan pour voir si ce carbone a plutôt été enrichi ou appauvri en électrons.
Pour les effets mésomères, nous nous intéressons à des mouvements d’électrons pi (p), des doubles non liants (n) ou des lacunes (v). Il existe quatre situations limites où nous aurons de la mésomérie : p-s-p, n-s-p, p-s-v, n-s-v. Nous allons toujours de la gauche (donneur) vers la droite (attracteur), il faut donc apprendre les effets mésomères dans le bon sens. Comme pour les effets inductifs, nous retrouverons des effets mésomères attracteurs (-M) et donneurs (+M), mais contrairement à ces derniers, ils ne sont pas présents sur toutes les molécules !
Nous étudierons deux situations différentes avec à la fois des effets inductifs et mésomères. Les effets mésomères l’emportent quasiment tout le temps sur les effets inductifs, la seule exception étant les effets des halogènes où l’effet attracteur inductif sera supérieur à l’effet mésomère.
Pour ce chapitre, on vous demandera au concours les conséquences de ces effets électroniques. Nous étudierons donc des carbocations, des carbanions, des acides, des bases, des nucléophiles et des électrophiles, puis on vous demandera de les comparer.
Un carbocation est un carbone relié à trois liaisons, avec une lacune et une charge positive. Il est très instable avec un déficit d’électrons, donc tout groupement donneur (+I, +M) stabilise un carbocation.
Un carbanion est un carbone avec un doublet non liant et une charge négative. Tout groupement attracteur (-I, -M) stabilise un carbanion.
Nous allons ensuite faire quelques applications sur la stabilité des carbocations et carbanions, classiques du concours de médecine.