VALENCE DES ATOMES C 4 H 1 O 2 N 3 X 1

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1 VALENE DES ATOMES Les produits organiques sont composés des éléments de base :,, O, N La liaison chimique entre deux atomes peut être simple ou multiple mais chaque atome doit avoir le même nombre de liaisons que sa valence Atome Valence 4 1 O 2 O N 3 N X 1 X

2 YBRIDATION Introduction / Définition Le modèle des orbitales hybrides permet de simuler la déformation des orbitales. Il consiste à exprimer les orbitales atomiques déformées comme des combinaisons linéaires des orbitales atomiques. Les nouvelles orbitales sont à ce titre appelées orbitales hybrides.

3 onfiguration du à l état fondamental onfiguration du à l état excité 2p 2s px py pz 2s,p px py pz 1s 1s 4 OA contenant chacune 1 électron, 3 possibilités de combinaisons de ces 4 OA 1 s + 3 p 4 sp 3 Toutes les OA sont hybridées 1 s + 2 p 1 s + 1 p 3 sp 2 2 sp 1 Reste 1 OA p non hybridée Reste 2 OA p non hybridées

4 I ybridation sp 3 / arbone tétragonal 1 s + 3 p 4 sp 3 Toutes les OA sont hybridées 2p 2s 1s Les quatre hybrides obtenues prennent la forme typique du mélange s-p mais sont orientées suivant les quatre directions d'un tétraèdre parfait. haque hybride fait un angle de ' avec ses voisins.

5 Exemples : 4 : 4 orbitales hybrides appelées hybrides sp 3. es trois hybrides sont simulées par des combinaisons linéaires de l'orbitale 2s et des trois orbitales 2p. 1s 1s sp 3 sp 3 sp 3 sp 3 1s 1s Réprésentation de ram (coin volant)

6 II ybridation sp 2 / arbone trigonal 1 s + 2 p 3 sp 2 Reste 1 O p non hybridée 2p 2s px py pz 1s Les trois hybrides sont coplanaires Pour créer des liaisons p Pour créer des liaisons s

7 Exemple de la molécule de benzène : 6 6 type AX 3, 1 liaison p hybridés sp 2 haque atome forme trois liaisons axiales mettant en jeu les hybrides sp 2 Reste un électron célibataire sur 2p qui peut former une liaison latérale avec un carbone voisin

8 III ybridation sp 1 / géométrie linéaire 1 s + 1 p 2 sp Reste 2 O p non hybridées 2p 2s 1s p sp sp p

9 OMPARAISON DES DIFFERENTS TYPES DE LIAISON aractéristiques - = Ξ Nombre d atomes liés au carbone ybridation du carbone Géométrie sp 3 sp 2 sp 1 Plusieurs conformations Plane Plane Rotation Libre Empêchée Empêchée Angles de liaison 109, Longueurs de liaison 1,54 Ǻ 1,34 Ǻ 1,20 Ǻ

10 NOMENLATURE Radicaux alkyles : quand le radical est cyclique, on ajoute le préfixe cyclo méthyle éthyle n-propyle Me Et n-pr isopropyle i-pr 3 3 n-butyle n-bu isobutyle i-bu 2 3 tertiobutyle t-bu phényle Ph

11 I ALANES REGLES DE BASE DE NOMENLATURE Règle 1 : Trouver la chaîne carbonée la plus longue dans la molécule et la nommer. Règle 2 : Nommer tous les substituants alkyle attachés à la chaîne la plus longue.. Règle 3 : Numéroter les carbones de la chaîne la plus longue en commençant par le bout le plus proche d un substituant. Règle 4 : Ranger les substituants par ordre alphabétique, chacun étant précédé d un tiret et du numéro du carbone auquel il est attaché puis ajouter le nom de l alcane correspondant à la chaîne la plus longue. Ex. 4-éthyl-2,3-diméthylheptane

12 II OMPOSES OMPORTANT DES GROUPES FONTIONNELS Règle 1 : hoisir comme squelette carboné fondamental le plus long enchaînement d atomes de carbone renfermant la fonction principale et le maximum d insaturations. Règle 2 : Nommer cette structure fondamentale en utilisant la racine du nom de l alcane contenant le même nombre de carbones et ajouter à la racine du nom les suffixes indiquant le degré d insaturation et la nature de la fonction principale. Les substituants (groupes alkyle ou groupes fonctionnels secondaires) sont désignés par des préfixes.. Règle 3 : Numéroter les carbones du squelette fondamental en appliquant les critères suivants (par ordre de priorité) : 1) Attribuer le n 1 à l atome de carbone de la fonction principale si elle est terminale. 2) Attribuer le n le plus petit possible à la fonction principale si elle n est pas terminale. 3) Assigner les n de façon à montrer la position des substituants par les plus petits chiffres possibles. Ex. Acide 4-aminohexanoïque O N 2 O

13 Fonctions Groupes fonctionnels Suffixes Préfixes Exemples Acide O acide oïque acide éthanoïque O 3 O 2 Ester OR oate d alkyle alkoxycarbonyle éthanoate d éthyle alogénure d acide O O X halogénure de oyle halogénoformyle chlorure d éthanoyle Amide amide carbamoyle éthanamide N 2 O 3 O Ol 3 ON 2 Nitrile N nitrile cyano éthanenitrile Aldéhyde al formyle éthanal O étone R one oxo propanone O 3 N 3 O 3 O 3 Alcool O ol hydroxy éthanol Thiol S thiol mercapto éthanethiol Amine N 2 amine amino méthylamine Etheroxyde R O R oxyde de dialkyle alcoxy oxyde de diéthyle ou éthoxyéthane Alcène ène propène 3 2 O 3 2 S 3 N O 2 5 Alcyne yne propyne Alcane ane propane alogénure d alkyle R X halogéno chloroéthane ou chlorure d éthyle 3 2 l

14 ISOMERIE PLANE I Représentation schématique des molécules I-1 Formule brute Elle n indique pas la façon dont sont associés entre eux les atomes. Ex. 2 4 l 2 dichloroéthane I-2 Formule développée plane - est une projection plane de la molécule. - Elle ne rend pas compte de la géométrie réelle de la molécule. - Elle montre l enchaînement des atomes. Ex. 2 4 l 2 l l l 1,2-dichloroéthane l 1,1-dichoroéthane

15 I-3 Formule semi-développée Les liaisons carbone-hydrogène n apparaissent plus. Les liaisons carbone-carbone ou carbone-halogène, carbone-hétéroatome restent présentes. Ex. 4 9 l 2-chlorobutane l I-4 Formule topologique est la représentation la plus simplifiée. Les atomes de carbone et d hydrogène (liés aux atomes de carbone) ne sont plus représentés. Ex. 4 9 l 2-chlorobutane l

16 II Isomérie I-1 Définition * Deux isomères sont deux composés qui ont la même formule brute mais dont les molécules sont différentes. * Soient deux isomères : leurs molécules peuvent différer par 1) l ordre ou la nature des liaisons entre atomes 2) la disposition des atomes dans l espace * Les molécules de deux isomères ne sont pas superposables. * Les isomères ont des propriétés physiques et/ou chimiques qui sont différentes ; ces différences de propriétés sont liées à une différence de structure entre les molécules. III Isomérie plane On parle d isomérie plane ou isomérie de constitution si la différence structurale entre les isomères concerne l enchaînement des atomes. On peut alors en rendre compte au moyen des formules semi-développées planes.

17 Il existe trois types d isomérie plane : I-1 Isomérie de squelette * Elle est encore appelée isomérie de chaîne. * Elle concerne les molécules dont le squelette carboné est différent. Ex. Butane (Téb. = -0,5 ) Méthylpropane (Téb. = -10 ) I-2 Isomérie de position * Elle concerne les molécules dans lesquelles un groupe caractéristique (par exemple un groupe fonctionnel) ou une insaturation occupe une position différente sur un même squelette carboné. Ex. Butan-1-ol (Téb. = 117,5 ) Butan-2-ol (Téb. = 99,5 ) O O

18 Ex. But-1-ène But-2-ène I-3 Isomérie de fonction * Elle concerne les molécules qui présentent des groupes fonctionnels différents. * Les différences de propriétés chimiques sont alors très importantes. Ex. Butan-1-ol (Téb. = 117 ) Oxyde de diéthyle (Téb. = 35 ) O 3 2 O 2 3 I-4 onclusion Un isomère de constitution est parfaitement déterminé lorsque l on connaît : -son squelette carboné -son groupe fonctionnel -la position où ce groupe est fixé sur le squelette. Il est alors représenté au moyen d une formule semi-développée plane.

19 La formule de constitution fixe l enchaînement des différents atomes d une molécule. Ex. Représentation de deux alcools éthyléniques naturels isomères de constitution : A le géraniol présent dans l essence de rose B le linalol présent dans l essence de muguet 3 2 O O A 3 3 B On peut rechercher les différences entre ces deux molécules et les types d isomérie correspondant.