Chimie organique II. Les forces intermoléculaires

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1 Chimie organique II Les forces intermoléculaires les forces intramoléculaires sont les forces attractives qui maintiennent les atomes ensemble dans une molécule telles que les liaisons chimiques les forces intermoléculaires sont les forces attractives qui s exercent entre les molécules les forces intermoléculaires sont typiquement moins fortes que les forces intramoléculaires sans les forces intermoléculaires, toutes les substances seraient des gaz parfaits à une assez basse température, les molécules d un gaz ralentissent à un tel point qu elles ne peuvent pas échapper les forces intermoléculaires, et il y aura condensation du gaz

2 Les forces intermoléculaires les forces de dispersion de London (van der Waals) les forces dipôle dipôle les liaisons hydrogène toutes ces forces/interactions peuvent agir en même temps dans un système il existe aussi des forces répulsives entre deux molécules (répulsions entre les électrons et entre les noyaux) qui augmentent très rapidement si la distance qui sépare les molécules dans un état condensé diminue les solides et liquides sont donc très peu compressibles

3 Les forces de dispersion Dipôles temporaires et induits interagissant entre les uns avec les autres dû aux positions instantanées des électrons, un atome ou molécule non polaire peut toujours avoir un dipôle instantané (ou temporaire) ce dipôle instantané peut induire un dipôle dans les autres atomes ou molécules N.B. moyenné sur le temps, un atome ou molécule nonpolaire n a aucun moment dipolaire les forces de dispersion expliquent pourquoi des gaz nonpolaires tels qu un gaz noble, ou H 2, N 2, O 2, etc. condense éventuellement ces interactions deviennent plus importantes si la polarisabilité de la molécule est élevée la polarisabilité indique la facilité avec laquelle le nuage électronique dans un atome ou une molécule peut être déformée la polarisabilité devient plus importante lorsque le volume de l atome ou de la molécule augmente car les électrons sont plus loins des noyaux et plus faiblement retenus

4 Les forces de dispersion les forces de dispersion augmentent généralement avec la masse molaire car la polarisabilité augmente généralement avec la masse molaire substance point de fusion ( o C) CH CF CCl 4 23 CBr 4 90 CI N.B. les points de fusion et d ébullition augmentent si les forces intermoléculaires deviennent plus importantes les forces de dispersion peuvent devenir plus importantes que les forces dipôle dipôle eg.; CBr 4 et CI 4 ont des plus hauts points de fusion que le H 2 O Les forces dipôle dipôle les forces dipôle dipôle sont celles qui agissent entre les molécules polaires dans un solide, les molécules s allignent afin de permettre une attraction mutuelle maximale dans un liquide, les molécules essaient de s alligner autant que possible pour maximiser l interaction attractive dipôledipôle

5 La liaison hydrogène Liaisons H dans H 2 O, NH 3 et HF la liaison hydrogène est un type d interaction dipôle dipôle entre un atome H participant déjà à une liaison polaire (N H, O H, ou F H) et un atome O, N, ou F électronégatif A H B ou A H A la liaison hydrogène a une énergie qui peut être aussi grande que 40 kj/mol ( 10% d'une liaison covalente) les liaisons hydrogène constituent une force importante dans le maintien de la structure et dans les propriétés de nombreux composés l importance des liaisons hydrogène se voit dans les points d ébullition des hydrures des groupes 5A, 6A, et 7A dans chaque groupe, le composé le plus léger a le plus haut point d ébullition car les liaisons hydrogène doivent être cassées avant que les molécules puissent rentrer dans la phase gazeuse (après ceci, le point d ébullition augmente avec la masse)

6 La liaison hydrogène la force des liaisons hydrogène augmente lorsque l électronégativité de l élément attaché à H augmente, donc HF a les plus fortes liaisons hydrogène cependant, H 2 O a le plus haut point d ébullition car les liaisons hydrogène stabilise ce composé le plus H 2 O est unique car il a deux doublets libres sur le O et deux H et chaque molécule peut donc participer dans quatre liaisons hydrogène NH 3 (un seul doublet libre sur N) et HF (un seul hydrogène) peuvent juste participer dans deux liaisons hydrogène Les forces intermoléculaires Exemple: Dites quel(s) type(s) de forces intermoléculaires s exerce(nt) entre les molécules (ou les unités de base) de chacune des espèces suivantes: (a) SO 2, (b) CH 4, (c) H 2 O.

7 Types de forces intermoléculaires Exemples de l effet des liaisons-h

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9 Alcanes (alcènes et alcynes) Polaire? Non polaire liaisons H? Non solubilité : non-solubles dans l'eau ; soluble dans solvants non-polaires Solvant polaire dissout soluté polaire (et ionique) Solvant non polaire dissout soluté non polaire point d'ébullition : Autres caractéristiques : bas pour les premiers alcanes ; 1 à 5 C : pt d'ébul. < 30 C 6 à 16 C : pt d'ébul. entre 30 et 275 C Alcènes et alcynes ont des propriétés physiques semblables aux alcanes Pour un même nombre de C, les chaînes sans ramifications ont un plus haut point d'ébullition que les chaînes ramifiées, plus les ramifications rendent la molécule circulaire, plus le point d'ébullition diminue

10 Les aromatiques Les hydrocarbures contenant au moins un cycle de benzène sont appelés des aromatiques H H C C C H H C C C H H Benzène Le benzène est constitué de 6 liaisons égales qui sont à peu près équivalentes à 1½ liaison. D'où leur stabilité et ceci explique pourquoi le benzène ne réagit pas comme les cycloalcènes. Nomenclature Si le benzène est le groupe principal (les autres sont des liaisons simples C C), on nomme cette molécule comme un cycloalcane : position ramification benzène. Si un benzène est une ramification à une chaîne, on appelle le groupe phenyl. Par exemple, CH 3 CH 3 CH CH 3 méthylbenzène (toluène) 2 phénylpropane

11 Nomenclature alternative pour benzènes Au lieu des indices de position, les chimistes utilisent parfois un préfixe qui identifie la position des ramifications lorsqu'il y en a deux. CH 3 CH 3 CH 3 CH 3 CH 3 1,2 diméthylbenzène ortho diméthylbenzène 1,3 diméthylbenzène méta diméthylbenzène CH 3 1,4 diméthylbenzène para diméthylbenzène Exemples Nomme les aromatiques suivants. Dessine les aromatiques suivants 2 phénylbutane pentylbenzène para éthylpropylbenzène CH 3 CH CH 2 CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 3 CH 2 CH 2 CH 3 CH 2 CH 3.

12 Les dérivés halogénés (haloalcane ou halogénoalcane) Les halogénoalcanes sont des hydrocarbures pour lesquels un (ou plusieurs) H a été remplacé par un halogène. Nomenclature Halogène Préfixe F Fluoro Cl Chloro Br Bromo I Iodo Cl Br Cl H C H H C H Cl C Cl H H Cl Chlorométhane Bromométhane Tétrachlorométhane Pour les cas de plus d'un C tu dois nommer la position aussi. F I CH 3 CH CH 2 CH 3 CH 3 C CH 2 2 fluorobutane 2 iodopropène Les CFC Les chlorofluorocarbures sont des exemples d'halogénoalcanes (TOUS les H ont été remplacés par des halogènes) et seraient en partie responsable de la destruction de la couche d'ozone. Voici un exemple. Cl Cl C F Cl Trichlorofluorométhane

13 halogénoalcanes primaire secondaire tertiaire fluoroéthane 2 iodopropane 2 méthyl 2 bromopropane Le C lié à l'halogène est lié à 1 autre C. Polaire? liaisons H? solubilité : Polaire Non point d'ébullition : Le C lié à l'halogène est lié à 2 autres C. peu ou non-solubles dans l'eau ; solubles dans solvants non-polaires et/ou organiques Le C lié à l'halogène est lié à 3 autres C. bas, mais supérieur à celui des alcanes du même nombre de carbone

14 13) 1,2 diéthylbenzène 1,3 diéthylbenzène 1,4 diéthylbenzène 1 méthyl 2 propylbenzène 1 méthyl 3 propylbenzène 1 méthyl 4 propylbenzène butylbenzène 1,2,3,4 tétraméthylbenzène 1,2,3,5 tétraméthylbenzène 1,2,4,5 tétraméthylbenzène

15 18 20) 1 iodopropane

16 Alcools Quelques alcools connus méthanol : solvant éthanol : boisson et carburant propan 2 ol : antiseptique (alcool à friction) éthane 1,2 diol : composante principale de l'antigel pour voiture groupe fonctionnel : formule générale : Nomenclature Comme alcane + «ol» à la fin * le plus petit indice possible doit être donné au C auquel est lié OH * le groupe OH doit faire partie de la chaine principale Ex. Nomme les alcools suivants a) 2 méthylpentanol b) 2 éthylpentan 1 ol

17 Polaire? liaisons H? solubilité : point d'ébullition : alcools primaire alcool secondaire alcool tertiaire

18 Les amines Groupe fonctionnel : NH 2, NHR ou NR 2 : groupe amine Formule générale : R NH 2 * Comme un dérivé de amine primaire amine secondaire amine tertiaire site avec molécules en 3D Quelques amines complexes

19 Polarité : Liaisons H : polaire Solubilité dans l eau : Point d'ébullition : Oui (amines primaires et secondaires) oui, très solubles assez élevé :+ que les halogénoalcanes et - que les alcools Caractéristiques : très présentes dans la nature, souvent toxique, parfois médicinale. Plusieurs hormones sont des amines Petites amines ont forte odeur répugnante comme la cadavérine (H 2 NCH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 NH 2 ) bases faibles (comme l ammoniac)

20 P. 26 n o 15 a) ou CH 3 OH b) c) d) e)

21 Groupe carbonyle : Aldéhyde Groupe fonctionnel : C=OH Formule générale : R CHO Un aldéhyde est un composé organique dont méthanal éthanal Nomenclature : Comme alcanes, avec al à la fin. Le C qui a la liaison double avec l oxygène prend l indice 1. Exemples. Nomme ces aldéhydes = O pentanal 2 méthylbutanal Exemple. Dessine un diagramme structural du 2,2 diméthylpropanal

22 Cétone Groupe fonctionnel : C=O Formule générale : R COR Lorsque le groupe carbonyle propanone pentan 2 one Nomenclature : Comme aldéhydes, avec one à la fin. Le C qui a la liaison double avec l oxygène prend le plus petit indice et il faut donner la position du groupe fonctionnel. Exemple Dessine un diagramme structural du 3 méthylbutan 2 one

23 Polarité : Liaisons H : Polaire Solubilité dans l eau : Point d'ébullition : Non, mais peut en faire avec l'eau. Oui Pas si élevé + qu'halogénoalcane, - que les amines Caractéristiques: aldéhydes : forte odeur âcre cétone : odeur douceâtre plus «grande» aldéhyde : odeur agréable parce que polaire et organique : solvant polaire et non polaire (propan 2 one(acétone))

24 Devoir p.36 n os 30 à a) b) c) hexanal 2 méthylpentanal 3 méthylpentanal 4 méthylpentanal 2,3 diméthylbutanal 2 éthylbutanal hexan 2 one 3 méthylpentan 2 one 4 méthylpentan 2 one hexan 3 one 2 méthylpentan 3 one

25 Les acides carboxyliques Groupe fonctionnel : COOH : groupe carboxyle Formule générale : R COOH Nomenclature «acide (alcane d'origine) oïque Le carbone du groupe carboxyle est à la position n o 1 Ex. : acide 2 méthylbutanoïque acide 2,2 diméthylpropanoïque

26 Polarité : Liaisons H : Solubilité dans l eau : Point d'ébullition : Caractéristiques: Polaire. Liaisons O-H et C=O sont polaires Oui, fortes liaisons H entre molécules d'acide et avec l'eau Élevé, même les «petits«acides acide éthanoïque: 118 C «petits» acides très solubles. Comme les autres, solubilité diminue avec le nb de C Beaucoup ont une odeur forte et désagréable -OH de l'acide n'agit pas comme ion OH - d'une base + H 2 O + H 3 O + + H 2 O + + OH + H 2 O

27 Devoir p.40 n os 33 à 36 a) b) c) 36 acide butanoïque acide 2 méthylpropanoïque

28 Les esters Groupe fonctionnel : COOR' ; dérivé des acides carboxyliques Formule générale : R COOR' Produit de la réaction entre un acide carboxylique et un alcool Estérification acide carboxylique alcool ester eau méthanoate d'éthyle butanoate d'éthyle

29 Polarité : Liaisons H : Solubilité dans l eau : Point d'ébullition : Caractéristiques: Polaire. Liaisons C-O et C=O sont polaires Non entre molécules, mais oui avec l'eau Les 2 premiers sont solubles. Plus de 3 ou 4 C : non-solubles Pas si élevé, un peu plus bas que les cétones et aldéhydes Souvent une odeur et un goût agréable, utilisés dans les parfums et pour les saveurs artificielles, en particulier celles des fruits.

30 Devoir p.45 n os 37 à a) b) c) d) e) 41 butanoate de méthyle propanoate d'éthyle éthanoate de propyle méthanoate de butyle 2 méthylpropanoate de méthyle éthanoate de prop 2 yle

31 Point d'ébullition Le point d'ébullition varie selon différents facteurs qui sont des variantes de 1 facteur, l'attraction entre les molécules. Les différentes forces intermoléculaires, la «taille» et la «forme» des molécules font varier le point d'ébullition. 1. Plus la masse moléculaire est grande, plus les forces de dispersion de London sont fortes plus haut pt d'ébullition 2. La forme de la molécule influence : de chaîne linéaire à molécule «compacte», le pt d'ébul. diminue. 36,3 C 27,9 C 9,5 C 3. Le type de forces intermoléculaires qui domine dans une molécule influence sur le point d'ébullition des différents groupes fonctionnels liaisons H > dipôle dipôle > dispersion de London composé formule M r groupe fonctionnel force principale Pt. d'ébul. butène C 4 H 8 56 alcène dispersion 6,2 C butane C 4 H alcane dispersion 0,5 C butyne C 4 H 6 54 alcyne dispersion 8,1 C chloropropan e C 3 H 9 Cl 78,5 haloalcane dipôle 46,5 propanal CH 3 CH 2 CHO 58 aldéhyde dipôle 48,8 C propanone CH 3 COCH 3 58 cétone dipôle 56,2 C propan 1 ol CH 3 CH 2 CH 2 OH 60 alcool liaison H 97,2 C acide éthanoïque CH 3 COOH 60 acide carboxylique liaison H 118 C Donc, en ordre croissant de point d'ébullition alcane < haloalcane < aldéhyde < cétone < alcool < acide carboxylique ester amine La volatilité : capacité d'un liquide de se vaporiser (sans être chauffé) En général, les liquides qui ont un point d'ébullition <100 C sont considérés volatiles

32 Questions d'anciens examens BI (choix multiples) 1. On considère le composé de formule CH 3 CH 2 CH=CH CH 3. Quelles propositions sont correctes? I. Le pent 2 ène est le nom correct. II. La formule empirique est CH 2. III. Le pentane est un isomère du composé. A. I et II uniquement B. I et III uniquement C. II et III uniquement D. I, II et III 2. La diacétylmorphine héroïne contient plusieurs groupements fonctionnels différents. Parmi les suivants, quels sont les deux groupements fonctionnels présents dans la diacétylmorphine? A. ester, cycle benzénique B. cétone, cycle benzénique C. aldéhyde, alcène D. cétone, alcène 3. Quel composé a le point d ébullition le plus bas? A. CH 3 CH 2 CH 2 OH B. CH 3 CH 2 CH 2 Br C. CH 3 CH 2 COOH D. CH 3 CH 2 CH 2 CH 3

33 Questions d'anciens examens BI (questions à réponse construite) 1. Le composé X a la formule moléculaire suivante : C 4 H 8 O 2 a) X est un acide carboxylique à chaîne linéaire. Dessinez sa formule structurale. [1] b) Dessinez la formule structurale d un isomère de X qui est un ester. [1] c) L acide carboxylique contient deux liaisons carbone oxygène différentes. Identifiez quelle liaison est la plus forte et laquelle est la plus longue. [2] d) Exprimez et expliquez lequel, du propan 1 ol, CH 3 CH 2 CH 2 OH, ou du méthoxyéthane, CH 3 OCH 2 CH 3, est le plus volatil. [3] e) Le propan 1 ol, CH 3 CH 2 CH 2 OH, et l hexan 1 ol, CH 3 (CH 2 ) 4 CH 2 OH, sont deux alcools. Exprimez et expliquez lequel des deux composés est le plus soluble dans l eau. [2]

34 1. A 2. A 3. D

35 Pièces jointes méthanamine.mol amines complexes.pdf