Système conjugué

En chimie, un système conjugué est un système de p-orbitaux connectés avec des électrons délocalisés. Les systèmes conjugués sont créés par plusieurs liaisons multiples, chacune étant séparée par des liaisons simples. En général, les systèmes conjugués peuvent diminuer l'énergie globale de la molécule et augmenter sa stabilité. Ils peuvent contenir des paires isolées, des radicaux ou des ions carbenium. Le composé peut être cyclique, acyclique, linéaire ou mixte. Dans la plupart des cas, les atomes d'une molécule sont maintenus ensemble par des liaisons simples (lorsque les orbitales d'atomes adjacents se chevauchent). Les molécules qui ont un système conjugué ont des propriétés uniques différentes des composés normaux créés par le partage des électrons délocalisés entre de nombreux atomes.

La conjugaison est le chevauchement d'un p-orbital avec un autre à travers un lien sigma (ou lien simple) qui se trouve entre les deux. (Les d-orbitales des atomes plus grands peuvent également contribuer à un système conjugué).

Un système conjugué comporte une région de p-orbitaux qui se chevauchent, reliant les liens simples qui existent entre eux. Elles permettent une délocalisation des électrons pi à travers toutes les p-orbitales adjacentes alignées. Les électrons pi n'appartiennent pas à une seule liaison ou à un seul atome, mais plutôt à un groupe d'atomes.

Les plus grands systèmes conjugués (avec le plus grand nombre d'électrons partagés) se trouvent dans le graphite, les polymères conducteurs et les nanotubes de carbone.

Mécanisme

Différents types de structures moléculaires peuvent donner lieu à une conjugaison. Pour la conjugaison, tous les atomes voisins d'une chaîne doivent avoir un p-orbital disponible. Dans de nombreux cas, les systèmes conjugués sont une série de liaisons simples suivies chacune d'une double liaison. D'autres systèmes existent. Par exemple, le furanne (voir photo) est un anneau à cinq membres avec deux doubles liaisons alternées et un oxygène en position 1. L'oxygène du furanne a deux paires isolées, dont l'une remplit un p-orbital sur cette position. L'électron de la paire isolée rend possible la conjugaison sur un anneau à cinq membres. La présence d'un azote dans l'anneau peut être une source de pi orbitales nécessaires à la conjugaison. De plus, les orbitales pi nécessaires à la conjugaison peuvent provenir de groupes substituants α au cycle comme : un groupe carbonyle (C=O), un groupe imine (C=N), un groupe vinyle (C=C), ou un anion.

Chromophores

Les systèmes conjugués sont les principaux éléments qui composent les chromophores. Les chromophores sont les parties d'une molécule qui absorbent la lumière et qui peuvent donner une couleur visible à un composé. Les chromophores sont souvent présents dans divers composés organiques et parfois dans des polymères qui sont colorés ou qui brillent dans l'obscurité. Les chromophores sont souvent constitués d'une série de liaisons conjuguées et/ou de systèmes cycliques, qui peuvent comprendre des liaisons C-C, C=C, C=O ou N=N. Souvent, les chromophores ont des cycles aromatiques.

Conjugaison avec différents types de groupes de donateurs p-orbitaux


Structure chimique du bêta-carotène. Les onze doubles liaisons conjuguées qui forment le chromophore de la molécule sont mises en évidence en rouge.

Questions et réponses

Q : Qu'est-ce qu'un système conjugué en chimie ?

Q : Comment les systèmes conjugués sont-ils créés ?

Q : Quels sont les éléments que l'on peut trouver dans un système conjugué ?

Q : Un composé doté d'un système conjugué peut-il être cyclique ?

Q : Quelles sont les propriétés uniques des molécules dotées d'un système conjugué ?

Q : Quel est le chevauchement impliqué dans la conjugaison ?

Q : Où trouve-t-on les plus grands systèmes conjugués ?

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