Réaction de substitution

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Une réaction de substitution est une réaction organique dans laquelle un atome ou groupe d'atomes (groupe fonctionnel) d'un composé chimique est remplacé par un autre atome ou groupe d'atomes (le substituant)[1],[2].

Cet article se concentre sur les réactions de substitution en chimie organique. On peut cependant étendre ce concept:

  • à l'échange de ligands sur l'atome central dans un complexe;
  • aux réactions de titrage par substitution
  • à l'échange d'un noyau atomique par un noyau de même nombre atomique, mais de masse différente.

Mécanisme général[modifier | modifier le code]

Les réactions de substitution mettent en jeu initialement deux espèces : le substituant, et la molécule qui va subir la substitution, constituée d'une partie qui ne va pas être directement affectée par la réaction (si ce n'est, dans certains cas, par un changement de configuration relative), et un groupe partant (GP) qui va être détaché du reste de la molécule.

\mathrm{Substituant + R{-}GP \rightleftharpoons \ {Substituant{-}R} + GP}

Au niveau réactionnel, il existe deux mécanisme limite permettant d'effectuer une substitution:

  • un mécanisme en deux étapes. La première est le départ du groupe partant, réaction monomoléculaire et étape cinétiquement limitante, la seconde étant l'attaque du substituant sur le reste de la molécule. Ce type de substitution sera qualifiée de « monomoléculaire », comme la substitution nucléophile monomoléculaire, notée en abrégé SN1;
  • un mécanisme à une étape, dans laquelle l'attaque du substituant est simultanée avec le départ du groupe partant. Cette unique étape implique deux molécules, elle est donc bimoléculaire, et les substitutions fonctionnant sur ce mécanisme seront appelées « bimoléculaire », comme la substitution nucléophile bimoléculaire, notée en abrégé SN2.

Nature de la substitution[modifier | modifier le code]

Les réactions de substitution se classent d'abord selon la nature du substituant qui attaque le produit initial, et sont qualifiées en fonction de cette nature:

Substitution nucléophile[modifier | modifier le code]

Article détaillé : substitution nucléophile.

Une substitution nucléophile est donc une substitution dans laquelle le substituant est un nucléophile, c'est-à-dire un atome ou une molécule riche en électrons. Ce type de substitution peut avoir lieu sur différents types de composés :

Les réactions de substitution nucléophile sont en général concurrencées par les réactions d'élimination analogues. Il suffit que les conditions de réactions soient un peu plus « rudes » (présence de base forte, chauffage) pour favoriser ces dernières.

Substitution électrophile[modifier | modifier le code]

Article détaillé : substitution électrophile.

Une réaction de substitution électrophile est donc la réaction de substitution où le substituant est un électrophile. Ce genre de réactions de substitutions se produit majoritairement sur des composés aromatiques, on parle alors de substitution électrophile aromatique.

substitution électrophile aromatique

substitution électrophile aromatique

Les réactions électrophiles sur d'autres composés insaturés que les arènes mènent en général plus à des additions électrophiles que des substitutions.

Substitution radicalaire[modifier | modifier le code]

Article détaillé : substitution radicalaire.

Une substitution radicalaire est une substitution impliquant un radical. On peut citer par exemple la réaction de Hunsdiecker.

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. H. Kaufmann, A. Hädener, Grundlagen der organischen Chemie (fondamentaux de chimie organique), 10e édition, Birkhäuser Verlag, 1996, ISBN 3-7643-5232-9
  2. IUPAC Compendium of Chemical Terminology, Electronic version, http://goldbook.iupac.org/S06078.html