CHAPITRE V CHIMIE ORGANIQUE (LA NOMENCLATURE)

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1 CHAPITRE V CHIMIE RGANIQUE (LA NMENCLATURE) La chimie organique est la chimie de l élément carbone associé à d autres éléments H,, N, X, Mg, Li, Une molécule organique comportera donc une chaîne carbonée sur laquelle pourra se greffer un ou plusieurs groupes caractéristiques. I. DIFFERENTES FRMULES CHIMIQUES I.1. La formule brute : Elle est du type CxHyzNt. Elle renseigne sur la nature et le nombre d atomes dans la molécule. Exemple : Le glucose : C6H126 L acide éthanoïque : C 2 H 4 2 I.2. La formule développée plane Elle renseigne sur la nature des liaisons liant les différents atomes. Elle diffère de la représentation de Lewis par l absence des doublets non liants. Exemple: C 2 H 6 I.3. La formule semi-développée n ne fait plus apparaître les liaisons entre les atomes C, N et et l atome H. Exemple: C 2 H 6 : -CH 2 -H. I.4. La formule compacte Dans cette formule on n écrit aucune liaison, tout en laissant apparaître la structure carbonée. eau : HH, propanone : C I.5.La formule schématique ou topologique n représente l enchaînement des atomes de C par une ligne brisée qui représente les liaisons simples entre les C. Chaque extrémité de segment comporte un atome de C et autant d atome d H pour respecter la règle de l octet. 49

2 Exemples: C 2 H 6 C 2 H 4 C 5 H 12 II - NMENCLATURE DES HYDRCARBURES Les règles de Nomenclature ont été fixées pour la chimie organique en 1965 par l IUPAC : Union Internationale de Chimie Pure et Appliquée. La nomenclature systématique en chimie organique permet de dénommer tous les composés quelle que soit leur complexité. Seulement pour diverses raisons, beaucoup de composés organiques importants ont des noms courants qui ne donnent aucune indication précise quant à leurs structures. Les différentes familles d hydrocarbures Hydrocarbures Particularités de la chaîne Nom de la famille Hydrocarbures saturés Chaîne ouverte Alcane acyclique Chaîne cyclique alcane cyclique ou (Cyclane) Hydrocarbures insaturés Chaîne comportant une double liaison Alcène Chaîne comportant une triple liaison Alcyne II.1. Alcanes acycliques (série aliphatique) Ce sont des composés ne comportant que des simples liaisons (C-C) de formule C n H 2n+2. II.1.1. Alcanes linéaires Nom : préfixe correspondant au nombre de carbones de la chaîne + terminaison ane - De 1 à 4 carbones : préfixe historique + suffixe ane - Plus de 5 carbones : racine numérique + suffixe ane Formule brute Nom fondamental Formule brute Nom fondamental CH 4 méthane C 8 H 18 octane C 2 H 6 éthane C 9 H 20 nonane C 3 H 8 propane C 10 H 22 décane C 4 H 10 butane C 11 H 24 undécane C 5 H 12 pentane C 12 H 26 dodécane C 6 H 14 hexane C 13 H 28 tridécane C 7 H 16 heptane C 14 H 30 tétradécane -CH 2 -CH 2 - = butane, = pentane 50

3 II.1.2. Alcanes ramifiées La ramification est un substituant ou un radical (R-) qui est accroché à la chaîne principale et que l on désigne par le terme alkyle. Ces groupements alkyles sont obtenus en retranchant formellement un hydrogène aux alcanes et sont dénommés en remplaçant le suffixe ane par yle. a- Principaux groupes alkyles : NM DU GRUPE FRMULE SYMBLE Méthyle Me Ethyle -CH 2 - Et Propyle -CH 2 -CH 2 - Pr Isopropyle CH isopr ou ipr Butyle primaire -CH 2 -CH 2 -CH 2 - Bu Butyle secondaire -CH 2 -CH- secbu ou sbu Isobutyle CH CH 2 Iso Bu ou ibu Tertiobutyle C TerBu Pentyle -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 - Pt Néopentyle C CH 2 néopt NB : Un atome C lié à : - un seul C est dit carbone primaire - deux C est dit carbone secondaire - trois C est dit carbone tertiaire - quatre C est dit carbone quaternaire 51

4 b- Règles de nomenclature des alcanes ramifiés 1- Déterminer la chaîne la plus longue dite chaîne principale qui fournit le nom de l alcane de base. Les groupes qui n appartiennent pas à cette chaîne sont des substituants ou groupes alkyle. 2- Numéroter cette chaîne à partir d une extrémité de telle façon que la somme des indices de position des ramifications soit la plus petite possible. Exemple : 3-méthylhexane 3- Nommer les groupements substituants selon la nomenclature : i - alkyle où i est l indice de position. 4- Ecrire le nom de l alcane en commençant par les substituants classés suivant l ordre alphabétique de leur nom écrit sans e et précédé de l indice de position. Exemple : C 2 H 5 5-éthyl 3- méthylheptane 5- Lorsqu un même substituant est présent plusieurs fois, on ajoute les préfixes di-, tri-, tétra-, penta qui n interviennent pas dans l ordre alphabétique. S il y a plusieurs indices qui se rapportent à la même partie, ils sont séparés par une virgule. 2,3-diméthylpentane 5-éthyl-4,5-diméthylnonane 6- Dans le cas des ramifications multiples, les chaînes latérales sont numérotées à partir du carbone lié à la chaîne principale. Si nécessaire, le nom de la chaîne secondaire est mis entre parenthèses. 52

5 Exemple : II.2. Alcanes cycliques (cyclanes) Le nom d un HC monocyclique saturé se forme en accolant le préfixe cyclo- au nom de l HC acyclique saturé. Sa formule brute : C n H 2n 5-(1-Méthylpropyl)décane cyclobutane Lorsque le cyclane est polysubstitué (ramifié), on le numérote en affectant le numéro 1 au substituant classé premier par ordre alphabétique et l on continue le long du cycle de telle façon que le substituant classé deuxième par ordre alphabétique ait le plus bas indice. Exemple : éthyl-3-méthylcyclohexane C 2 H 5 II.3. Alcènes et alcynes acycliques Les hydrocarbures contenant une double liaison (C=C) sont appelés alcènes de formule brute C n H 2n et les hydrocarbures contenant une triple liaison (C C) sont appelés alcynes de formule brute C n H 2n-2. a- Règles de nomenclature 1- la chaîne principale sera la plus longue chaîne contenant le plus de doubles et/ou de triples liaisons. 2- Numéroter la chaîne de telle sorte que Cette double ou triple liaison aura le plus petit indice possible. 3- Le nom de l alcène et de l alcyne est obtenu à partir de celui de l alcane ayant le même nombre d atomes de carbone en remplaçant la terminaison ane par la terminaison ène et yne respectivement. Les suffixes ène et yne sont placés après le nom de la chaîne principale précédés de leur indice de position. 4- lorsqu il y a plusieurs doubles (ou triples), on utilise les préfixes multiplicateurs di,tri, tetra n dit : alca-i,i -diène (ou diyne), alcan-i,i,i -triène (ou triyne) 53

6 NB: n dit éthylène au lieu de éthène pour CH 2 = CH 2 et acétylène au lieu de éthyne pour CH CH hex-2-ène hex-1,4-diène pent-1-yne La liaison multiple a la priorité sur les substituants alkyles et la liaison double a la priorité sur la triple liaison pour le choix du sens de la numérotation. pent-1,3-diyne pent-1-ène-4-yne 3-propylhept-1-ène hept-2-ène-5-yne b- Substituant des alcènes et des alcynes n utilise la terminaison ényle dans le nom de l alcène et ynyle dans le nom de l alcyne. Dénomination non-systématique CH2=CH- CH2=CH-CH2- vinyle (et non éthényle) allyle (et non prop-2-ényle) II.4. Alcènes et alcynes cycliques Comme un monocycle saturé avec une terminaison ène, diène,..., yne, diyne, etc. cyclobut-1-ène cyclohex-1,3-diène 4-éthyl-1-méthylcyclohex-1-ène 5,5-diméthylcyclooct-1-yne II.5. Hydrocarbures aromatiques Un composé mono- ou polycyclique est aromatique lorsque : - Il possède des doubles liaisons alternées. - Il comprend (4n + 2) électrons π ; n étant un nombre entier. 54

7 Le plus connu de ces hydrocarbures est le benzène C 6 H 6 a- Les dérivées monosubstituées du benzène Benzène Toluène Cumène Styrène b- Les dérivées di substituées du benzène Les benzènes di substitués peuvent exister sous trois isomères, qui seront localisés soit par les chiffres (1,2) ; (1,3) ; (1,4) soit respectivement par ortho (o), méta (m), para (p). 1,2-diméthylbenzène o-diméthylbenzène o-xylène c- Radicaux aromatiques 1,3-diméthylbenzène m-diméthylbenzène m-xylène 1,4-diméthylbenzène p-diméthylbenzène p-xylène 55

8 II.6. Nomenclature des hydrocarbures fonctionnalisés En général, le nom d'un composé fonctionnel se forme à partir de celui de l'hydrocarbure correspondant y compris les insaturations, auquel on rajoute des préfixes et / ou des suffixes. Le nom d'un composé fonctionnel peut comporter quatre parties Préfixes Chaîne principale Suffixes d insaturation Suffixes de la fonction principale Les molécules organiques peuvent renfermer une ou plusieurs fonctions. Ces fonctions peuvent être principales ou secondaires. La fonction principale ou prioritaire est désignée par un suffixe et toutes les autres par des préfixes. II.6.1- Règles de nomenclature 1- Déterminer la fonction principale : suffixe 2- Déterminer la structure de base : chaîne principale celle portant la fonction principale, 3- Nommer les substituants et les classer selon l ordre alphabétique 4- Numéroter la chaîne principale en conférant à la fonction principale l indice de position le plus petit. 5- Assembler les noms des substituants selon l ordre alphabétique. - Les différents groupes fonctionnels sont classés dans le Tableau 1 selon l ordre de priorité. - n choisit comme groupe principal celui qui se trouve le plus haut dans le Tableau 1. Il est désigné par le suffixe correspondant. - Tous les autres groupes sont désignés par des préfixes et sont classés dans l ordre alphabétique avec les autres substituants et précédés de leurs indices de position H H Acide 3-méthylpentanoïque NH 2 4-amino-6-hydroxy-3-méthylhex-4-éne-2-one 56

9 II.5.2. Groupes fonctionnels principaux Tableau 1 : Suffixes et préfixes utilisés pour désigner quelques groupes importants. Les groupes présentés dans ce tableau sont rangés dans l ordre décroissant de priorité. 57

10 1- Les dérivées halogénées «R-X» Ce sont des composés dont le groupe X (halogènes= F, Cl, Br, I). Ils ne sont jamais prioritaires, ils sont toujours désignés par des préfixes. Le nom systématique est halogénoalcane ou halogénure d alkyle. F I 2-iodopropane ou Iodure d isopropyle 2-bromo-3-chloropentane fluorocyclohexane 2- Les organométalliques «R-M» Ce sont des composés dont le groupe M (Métal = Li, Cu, Cd, ), ils sont nommés : alkylmétal. Pour les organomagnésium : R-MgX. Le nom est désigné par : halogénure d alkyle magnésium CH 2 CH 2 Li propyllitium Cd diméthylcadmium MgBr Bromure de propylmagnésium 3- Les alcools «R-H» (alcanols) Lorsque le groupement H est en position de: o o Groupe principal : Suffixe -ol Groupe secondaire : Préfixe hydroxy- H H Prop-2-ol éthan-1,2-diol Acide 6-hydroxyhex-4-ènoïque Cyclopentanol 4- Les éthers. «R--R» Ils sont considérés comme des dérivés des alcools dans lesquels le proton hydroxylique du -H est remplacé par un groupe alkyle -R. Les éthers ne sont pas un groupe prioritaire et ils sont toujours désignés par le préfixe : oxy- Le nom systématique des éthers est : alcoxyalcane - La chaîne la plus longue est le groupe principal R ( l alcane est la chaîne la plus longue). - Le radical restant, R, est dérivé de l alcool correspondant. Pour les éthers cycliques, ils sont nommés avec le préfixe oxa- qui indique qu un carbone du cycle a été remplacé par un oxygène et la nomenclature des cycloalcanes. 58

11 5- Les aldéhydes «R CH» (R C H) Lorsque le groupement CH est en position de: o Groupe principal : Suffixe - al (pour les chaînes ouvertes) - carbaldéhyde (pour les chaînes cycliques) o Groupe secondaire : Préfixe formyl- méthoxypropane 2-éthoxyéthanol oxacyclohexane propanal 4,6-diméthylheptanal Cyclohexanecarbaldéhyde 6- Les cétones «R-C-R» (R C R ) Lorsque le groupement C est en position de: o Groupe principal : Suffixe - one (pour les chaînes ouvertes) o Groupe secondaire : Préfixe oxa- Acide 4-formylcyclo hexanecarboxylique propan-2-one 4-hydroxyhexan-3-one 3-oxobutanal 7- Les acides carboxyliques «R-CH» (R C H) o Groupe principal: Suffixe acide...-oïque ( C 2 H est porté par une chaîne ouverte) acide... -carboxylique ( C 2 H est porté par un cycle) Acide 4-méthylhept -2-ènoïque Acide cyclohexanecarboxylique 59

12 8- Les esters «R-CR» (R C R ) o Groupe principal : Suffixe : -oate de R ( C 2 R est porté par une chaîne ouverte) -carboxylate de R ( C 2 R est porté par un cycle) La chaîne principale est celle qui porte la fonction dérivée de l acide (R) et le R est un groupe alkyle. (alcanoate d alkyle). Ethanoate de méthyle Cyclohexanecarboxylate de méthyle 9- Les anhydrides d acides «R-CC-R»(R C C R ) Ces dérivent des acides carboxyliques par déshydratation. Ils sont nommés comme les acides correspondants en remplaçant le mot acide par le mot anhydride Anhydride éthanoïque propanoïque Anhydride butanedioïque (Anhydride succinique) 10- Les amines (alcanamines) a- Amine primaire: «R NH 2» Lorsque le groupement NH 2 est en position de: o Groupe principal : Suffixe - amine (pour les chaînes ouvertes) o Groupe secondaire : Préfixe aminoo Pour les amines cycliques, ils sont nommés avec le préfixe aza, qui indique qu un carbone du cycle a été remplacé par un azote, et le nom du cycloalcane. NH 2 NH 2 propan-2-amine cycloprop-2-ènamine 2-aminocyclopentanone Azacyclopentane (pyrrolidine) 60

13 b- Amine secondaire et tertiaire : «R N R» et «R N R» La position du groupe fonctionnel dans ce cas doit être indiquée pour les amines secondaires et tertiaires. Le groupe alkyle le plus important est choisi comme structure de base et les groupes restants sont traités comme substituants précédés de l indice : o N- dans le cas des amines secondaires. o N,N-. dans le cas des amines tertiaires à deux substituants identiques. o N-N- dans le cas des amines tertiaires à deux substituants différents. H R N-méthyléthanamine N,N-diméthypropanamine N-éthyl-N-méthyléthanamine 10- Les amides (alcanamides) a- Amide primaire Lorsque le groupement C-NH 2 est en position de: o Groupe principal : Suffixe - amide (pour les chaînes ouvertes) o Groupe secondaire : Préfixe cabamoylo Pour les amides cycliques, ils sont nommés avec le suffixe carboxyamide qui indique qu un carbone du cycle a été remplacé par un azote, et le nom du cycloalcane. Lorsqu il y a substitution sur l azote on utilise les lettres N-, N,N- et N-N- comme dans les amines. (amides secondaires et tertiaires) Ethanamide (formamide) Cyclohexanecarboxyamide H C 2 H 5 N-méthylpropanamide 4-bromo-N,N-diméthylpentanamide N-éthyl-N-méthylbut-3-ènnamide 61