Nomenclature en chimie organique

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1 V. Prévost, BPST nomenclature en chimie organique Lycée oche, Versailles, 0 04 Document de cours enclature en chimie organique Table des matières Formule brute Représentation plane des molécules organiques. Formule développée de Lewis Formule semi-développée de Lewis Formule topologique de Lewis enclature des alcanes. Alcanes linéaires Alcanes monocycliques Les groupes alkyles simples Notion de groupe enclature des groupes alkyle simples 4.4 Alcanes ramifiés : nomenclature substitutive en alkylalcane Définition Alcanes linéaires avec une seule ramification simple Alcanes linéaires avec plusieurs ramifications simples Ramifications des groupes alkyles Alcanes substitués par des groupes alkyles ramifiés enclature des alcènes et des alcynes 7 5 Groupes caractéristiques 7 6 Quelques règles de nomenclature des espèces possédant un ou plusieurs groupes caractéristiques 8 6. enclature des espèces à un seul groupe caractéristique enclature des espèces à plusieurs groupes caractéristiques Informations 0 7. Programme officiel de BPST Lien avec les SVT Les acquis du secondaire ompétences particulières de ce chapitre.... Les molécules organiques peuvent être représentées à différents niveaux de description suivant la nature de la démonstration que l on souhaite réaliser. Formule brute La formule brute d une molécule permet de préciser le nombre et la nature des différents atomes qui la constituent. Dans le cas des polymères, il n est pas possible d obtenir un échantillon de molécules parfaitement identiques. n précise donc la nature du motif qui se répète, et on donne une fourchette du nombre de motifs le plus fréquemment rencontré dans un échantillon macroscopique de matière. Exemples éthane glucose polyéthylène ( ) n, 500 < n < 000 Représentation plane des molécules organiques. Formule développée de Lewis n représente tous les atomes, tous les doublets liants et non liants, toutes les lacunes électroniques et les charges formelles. Elle est rarement utilisée, sauf si elle permet de faire une démonstration particulière. acide éthanoïque glucose cation éthyle L acide éthanoïque est plus communément appelé l acide acétique, qui se trouve par exemple dans le vinaigre. Le glucose est présenté ici en forme dite «ouverte». Exemples. et aspect sera précisé après avoir vu le cours sur les représentation de Lewis des molécules.

2 Lycée oche, Versailles, 0 04 nomenclature en chimie organique V. Prévost, BPST L éthanol est l alcool des boissons alcoolisées. Le,5-dichloro--thiapentane, aussi appelé «gaz moutarde» était employé comme arme chimique pendant la première guerre mondiale, et lors du conflit Iran-Iraq durant les années 980 ; ne pas chercher à comprendre comment se construit son nom. L ion éthaonate est plus communément appelé ion acétate.. Formule semi-développée de Lewis ette représentation est analogue à la formule développée, en ne représentant pas les liaisons X, où X est un atome quelconque. Exemples éthanol,5-dichloro--thiapentane ion éthanoate S l l ertains groupes caractéristiques ont une écriture conventionnelle condensée. n se dispense alors de placer les éventuels doublets non liants ou lacune électroniques. n ne se dispense pas toutefois de préciser les charges formelles. Vous devez connaître celles présentées tableau. groupe caractéristique formule condensée formule développée groupe carboxyle groupe carboxylate groupe carbonyle d un aldéhyde (pas!) groupe phényle P h Tableau Écriture condensée conventionnelle de certains groupes caractéristiques La glycine est le plus simple des acides α-aminés. L acide benzoïque est un conservateur alimentaire très courant. glycine acide benzoïque galactose Exemples N Ph La plupart du temps on ne représente pas les doublets libres dans les groupes présentés en formule condensée.. Formule topologique de Lewis est de loin le type de représentation le plus utilisé en chimie organique de part sa simplicité d écriture. Elle nécessite toutefois un entraînement afin de bien la maîtriser. Les conventions sont les suivantes : les liaisons sont représentées par des lignes brisées, éventuellement multiples si la liaison est multiple ; les atomes de carbone ne sont plus représentés et chaque extrémité d un segment représente un atome de carbone ; les atomes d hydrogène liés à des atomes de carbone ne sont pas représentés ; Exemples

3 V. Prévost, BPST nomenclature en chimie organique Lycée oche, Versailles, 0 04 nom formule semi-développée formule topologique éthane propane propène benzène les atomes d hydrogène sont supposés présents en nombre suffisant de manière à assurer la tétravalence du carbone neutre et la trivalence des atomes de carbone portant une charge formelle + ou 4 ; Exemples 0 les hétéroatomes sont représentés avec les atomes d hydrogène qui leur sont directe- En chimie organique, on appelle ment liés, en formules développée, semi-développée ou compacte ; hétéroatome un atome autre que l atome de carbone ou éthanol acide aspartique d hydrogène. Exemples N Parfois, des atomes d hydrogène liés à des atomes de carbone sont représentés si on a besoin de montrer qu ils interviennent dans le processus. Exemples + enclature des alcanes Pour [] qu ils se comprennent entre-eux, les chimistes ont besoin de faire correspondre un nom à une molécule. eci était vital jusqu à très récemment, surtout pour les recherches bibliographiques. ela l est moins aujourd hui grâce aux serveurs de recherche par structure : il suffit de dessiner la molécule et le serveur donne toutes les références bibliographiques concernant la molécule représentée. Il n en est pas moins qu il faut savoir nommer les espèces simples pour les utilisations courantes. Pour cela il existe plusieurs nomenclatures systématiques, régies par des organismes comme l U.I..P.A. (Union Internationale de himie Pure et Appliquée, I.U.P.A. en anglais) ou par des organismes comme le hemical Abstract ou encore le Beilstein. Pour les espèces simples, ces nomenclatures sont identiques entre elles, ce qui n est pas le cas des espèces complexes. L Éducation Nationale demande que soit connue la nomenclature U.I..P.A. En parallèle on trouve aussi une nomenclature non systématique issue de l usage qu il faut aussi connaître : au supermarché vous achetez de l acétone et pas de la propanone.... Le cas des carbènes échappe à cette règle, mais ne sera pas discuté dans le cadre de ce cours.. eci sera démontré dans le cours sur les représentations de Lewis des molécules. 4. Les symboles accompagnant ces charges seront expliqués un peu plus tard dans l année.

4 Lycée oche, Versailles, 0 04 nomenclature en chimie organique V. Prévost, BPST Le besoin d une nomenclature s est fait particulièrement ressentir à la fin du XIX e siècle, devant les progrès de la chimie et le nombre de plus en plus important de molécules connues. Une commission internationale a été formée en 889, composées principalement de français. Elle parvient à en finaliser des règles lors du congrès de Genève de 89, connue sous le nom de nomenclature de Genève. Elle ne prend cependant pas en compte les molécules aromatiques, ni les composés ayant plusieurs fonctions. ette première nomenclature est précisée et complétée en 90 sous le nom de nomenclature de Liège. elle-ci sera amendée au cours de différents congrès internationaux, aboutissant à une nouvelle version, publiée en 958 sous le nom de nomenclature de Paris. [] Le dernier document d importance publié par l IUPA date de 004. [4] Sciences in english Alkyl groups Univalent groups derived from alkanes by removal of a hydrogen atom from any carbon atom n n+ [... ] []. Alcanes linéaires Le nom des alcanes linéaires dépend uniquement du nombre d atomes de carbone de la molécule et dérive de racines grecques ou latines suivant les cas (tableau ). Vous devez connaître par cœur le nom des alcanes linéaires de un à dix atomes de carbone. 5 Formule semi-développée 4 ( ) ( ) méthane éthane propane butane pentane. Alcanes monocycliques Formule semi-développée ( ) 4 ( ) 5 ( ) 6 ( ) 7 ( ) 8 Tableau s des dix premiers alcanes linéaires hexane heptane octane nonane décane Leur nom dépend du nombre d atomes de carbone dans le cycle. L alcane monocyclique 6 comportant n atomes de carbone se nomme en ajoutant le préfixe cyclo au nom de l alcane linéaire qui comporte le même nombre d atomes de carbone. Exemples cyclopropane cyclopentane cyclohexane. Les groupes alkyles simples.. Notion de groupe Un groupe 7 est un ensemble d atomes reliés entre eux, mais il ne constitue pas une molécule réelle. Il possède une (parfois plusieurs) valence libre, que l on représente par un trait de liaison. De ce fait, il est préférable de ne pas dessiner un groupe en formule topologique pour ne pas confondre la valence libre avec une véritable liaison, en particulier au niveau de l atome porteur de la valence libre. Définition n appelle groupe alkyle un groupe monovalent dérivant d un alcane par retrait d un atome d hydrogène de cet alcane ; il a donc la formule n n+, (n entier non nul) et le symbole représente la valence libre. Par extension, on peut définir un groupe cycloalkyle (on retire un atome d hydrogène d un cycle carboné) ou plus généralement un groupe hydrocarboné en retirant un atome d hydrogène d un molécule hydrocarbonée... enclature des groupes alkyle simples S il s agit de parler d un groupe de manière générale, on garde le -e final. Si ce nom de groupe sert de préfixe dans le nom d une molécule, alors il faut retirer ce -e final. enclature Dans les cas simples, le nom du groupe R dérivant de l alcane R est obtenu en substituant le suffixe -ane par le suffixe -yle. 5. Parfois, on les nomme en rajoutant le préfixe «n» pour normal, qui signifie en fait, linéaire. Exemple n-butane. 6. La nomenclature des polycycles est plus difficile et hors de propos ici. 7. L U.I..P.A. recommande l utilisation du terme de «groupe» plutôt que «groupement», qui est pourtant encore largement utilisé. 4

5 V. Prévost, BPST nomenclature en chimie organique Lycée oche, Versailles, 0 04 Exemples valence libre groupe éthyle groupe cyclohexyle ertains groupes qui se rencontrent très couramment ont une nomenclature systématique particulière. Vous devez connaître ceux présentés au tableau. Formule semi-développée groupe phényle Formule semi-développée groupe isopropyle Des lettres sont souvent utilisées pour alléger les écritures des formules topologiques des molécules. es lettres sont : Me groupe méthyle, Et groupe éthyle, ip r groupe isopropyle, tbu groupe tert-butyle, P h groupe phényle, 8 Ac groupe acétyle. groupe benzyle groupe acétyle groupe tert-butyle 9 groupe allyle Tableau s de six groupes particuliers à connaître Attention de ne pas confondre les groupes phényle et benzyle : ils sont radicalement différents! Notons aussi le groupe vinyle =, moins important..4 Alcanes ramifiés : nomenclature substitutive en alkylalcane.4. Définition Définition Un alcane ramifié est un alcane dont on a substitué un atome d hydrogène (qui n est pas en bout de chaîne) par un groupe alkyle..4. Alcanes linéaires avec une seule ramification simple La nomenclature est de type n-alkylalcane. Méthode de recherche du nom : ) Rechercher la chaîne linéaire contenant la chaîne carbonée la plus longue. Le nom de la molécule a alors pour suffixe le nom de l alcane linéaire correspondant. ) ette chaîne est numérotée par carbone en partant d une extrémité, de façon à ce que la ramification soit portée par le carbone de plus bas numéro. n nomme alors la molécule ainsi : le numéro n du carbone porteur de la ramification, un tiret, le nom du groupe alkyle (sans -e) suivi du nom de l alcane, le tout sans espace. La nomenclature est extrêmement rigoureuse : oublier le tiret ou de retirer le -e rend le nom de la molécule faux. Exemples 4-éthyloctane 5-isopropyldécane 9. Se prononce «terciobutyle». 5

6 Lycée oche, Versailles, 0 04 nomenclature en chimie organique V. Prévost, BPST Exercice : nommer la molécule suivante. Notons dans cet exemple que le nom -éthyl-9-méthyl-5-propyldécane n est pas correct en raison de la règle. Remarque Parfois le numéro n est pas mentionné ; dans ces conditions cela signifie qu il n y a pas d ambiguïté (comme par exemple pour le méthylpropane). Il est toutefois préférable de mentionner le numéro..4. Alcanes linéaires avec plusieurs ramifications simples Méthode de recherche du nom : ) omme précédemment, on numérote les atomes de carbone de la chaîne la plus longue. La numérotation qui doit être choisie est celle qui attribue le plus petit numéro au premier groupe alkyle rencontré. (Si le numéro est identique, on passe alors au deuxième numéro le plus petit possible, et ainsi de suite.) ) Les substituants sont classés par ordre alphabétique. ) n nomme alors la molécule en attribuant le numéro du substituant au groupe alkyle correspondant : on le place avant le nom de ce groupe, et on sépare un chiffre d une lettre par un tiret. n termine à nouveau par le nom de l alcane de même nombre d atomes que la chaîne la plus longue. Exemple 8-éthyl--méthyl-6- propyldécane 4) Si on a plusieurs fois la même ramification, on utilise devant le nom du groupe les préfixes multiplicatifs di-, tri-, tétra-, etc. Mais on ne prend pas en compte ce préfixe pour l ordre alphabétique. De plus il faut mettre le numéro autant de fois qu on rencontre le groupe sur l atome substitué ; deux chiffres sont alors séparés par une virgule. Exemple,,4-triméthyl-6-propylnonane es deux sous-paragraphes sont à oublier en première lecture. Exemple groupe -éthyl-,5-diméthylhexyle.4.4 Ramifications des groupes alkyles Les règles précédentes ne sont pas toujours suffisantes, car les groupes substituants sont parfois eux-mêmes substitués. n peut nommer ces groupes alkyles très simplement : ) n cherche la chaîne carbonée la plus longue qui contient la valence libre. Le groupe alkyle aura alors pour suffixe le nom du groupe alkyle de même nombre d atomes de carbone que cette chaîne la plus longue. ) n numérote systématiquement la chaîne à partir de l atome de carbone qui porte la valence libre, et on procède comme pour la nomenclature des alcanes..4.5 Alcanes substitués par des groupes alkyles ramifiés n 0 procède comme précédemment, mais pour ne pas confondre la numérotation de la chaîne la plus longue avec les numérotations des ramifications ramifiées, on place entre parenthèses le nom la totalité du groupe ramifié. n utilise alors parfois les préfixes bis-, tris-, tétrakis-, plutôt que di-, tri-, tétra-. 0. e cas plus difficile ne vous sera probablement pas demandé en concours, mais vous risquez de le rencontrer dans vos recherches bibliographiques en TIPE. 6

7 V. Prévost, BPST nomenclature en chimie organique Lycée oche, Versailles, 0 04 Exemple,-diméthyl-7,8-bis(,-diméthylbutyl)tridécane 4 enclature des alcènes et des alcynes Pour[5] nommer un alcène, on détermine la chaîne carbonée linéaire la plus longue et contenant la double liaison. Le numéro du premier atome de carbone de la double liaison est le plus petit possible. Le nom de l alcène est obtenu en substituant le suffixe -ane du nom de l alcane correspondant à la chaîne carbonée linéaire la plus longue et contenant la double liaison, par le suffixe -ène, précédé du numéro du premier atome de carbone engagé dans la double liaison. Lorsque la chaîne carbonée est ramifiée, les groupes alkyle figurent en préfixe de la même manière que pour les alcanes. Exemple,-diméthylpent--ène 5 4 Pour les alcyne, la triple liaison est désignée de la même manière par le suffixe -yne. 5 Groupes caractéristiques Définition En chimie organique, on appelle groupe caractéristique soit : un hétéroatome isolé, comme par exemple l ou = ; un hétéroatome lié à un ou plusieurs atomes d hydrogène ou à d autres hétéroatomes, comme par exemple, N, S, P ; un groupe hétéroatomique lié ou contenant un seul atome de carbone, comme par exemple, N,, N = = Notons que la ou les valences libres d un groupe doivent être mentionnées. Par exemple, le groupe n est pas le même que le groupe =. Le tableau 4 donne le «nom» de quelques groupes caractéristiques importants. Notons que certains noms sont assez méconnus par de nombreux chimistes. [4]. atomes de carbone : tridécane.. Il est à noter que les documents officiels ne nomment pas vraiment les groupes caractéristiques. Ils indiquent quel préfixe ou quel suffixe sera attribué au nom de la molécule, suivant les cas. Les «noms» donnés ici sont ceux des préfixes, qui sont parfois les mêmes que ceux des suffixes. 7

8 Lycée oche, Versailles, 0 04 nomenclature en chimie organique V. Prévost, BPST Formule Formule F l Br I X fluoro, chloro, bromo, iodo, halogéno N azanediyl carbonyle N azanediylcarbonyle oxo oxy N nitrilo hydroxy oxycarbonyle N nitrilocarbonyle S sulfanyl carboxy S sulfonyl N amino aminocarbonyle l carbonochloridoyl N N cyano Tableau 4 s des principaux groupes caractéristiques 6 Quelques règles de nomenclature des espèces possédant un ou plusieurs groupes caractéristiques La présence d un groupe caractéristique dans une espèce chimique fait qu elle appartient à une classe fonctionnelle. 6. enclature des espèces à un seul groupe caractéristique Pour nommer une espèce possédant un seul groupe caractéristique, on détermine la chaîne carbonée linéaire la plus longue et contenant l atome de carbone qui porte le groupe caractéristique ou contenant l atome de carbone du groupe caractéristique. Elle est numérotée afin que cet atome de carbone ait le plus petit numéro. Le nom de la molécule est alors obtenu en retirant le -e final du nom de l alcane ou de l alcène correspondant à cette chaîne carbonée par le suffixe caractéristique de la classe fonctionnelle (tableau 5). Lorsque la chaîne carbonée est ramifiée, les groupes alkyle figurent en préfixe. ompléments Dans le cas des alcools, des cétones et des amines primaires (possédant le groupe amino N ) : la position du groupe caractéristique est en général précédée par le numéro de. De nombreux ouvrages non récents, tout comme les programmes officiels utilisent le terme de «fonction» à la place de «classe fonctionnelle», ou «groupe fonctionnel» à la place de «groupe caractéristique», contrairement aux recommendations de l IUPA. 8

9 V. Prévost, BPST nomenclature en chimie organique Lycée oche, Versailles, 0 04 l atome de carbone portant l atome d azote ou d oxygène du groupe caractéristique ou de l atome de carbone du groupe carbonyle. Dans le cas des esters, le nom est constitué de deux termes : le premier dérive du nom de l acide carboxylique correspondant à la chaîne carbonée contenant l atome de carbone du groupe caractéristique. Le suffixe -oïque est remplacé par le suffixe -oate et le préfixe acide est retiré ; le second correspond au groupe alkyle lié à l atome d oxygène non engagé dans la double liaison du groupe caractéristique. lasse fonctionnelle Amine primaire (possédant le groupe N ) Alcool étone Aldéhyde Suffixe -amine -ol -one -al lasse fonctionnelle Amide (non substitué sur l azote) Ester Acide carboxylique Suffixe -amide -oate (d alkyle) (acide) -oïque Tableau 5 Suffixes associés aux différentes classes fonctionnelles. Quelques exemples sont donnés ci-dessous méthylpropan-- ol éthanal -éthylpentan-- one acide - méthylbutanoïque N N ' ' ' -méthylpropan--amine éthanamide éthanoate de -méthylpropyl 6. enclature des espèces à plusieurs groupes caractéristiques Pour nommer une espèce polyfonctionnelle, on détermine d abord ses groupes caractéristiques et on détermine leur ordre de priorité selon une priorité définie ; par ordre décroissant de priorité : acides carboxyliques esters amides aldéhydes cétones alcools amines n identifie la chaîne carbonée linéaire la plus longue et contenant le groupe caractéristique prioritaire. Le nom de la molécule s obtient en retirant le -e final de l alcane ou de l alcène correspondant à cette chaîne carbonée linéaire par le suffixe caractéristique du groupe prioritaire. 9

10 Lycée oche, Versailles, 0 04 nomenclature en chimie organique V. Prévost, BPST Les éventuels groupes alkyle portés par la chaîne carbonée linéaire sont nommés comme pour les alcanes. Les autres groupes caractéristiques sont désignés par des préfixes (voir tableau 4). Préfixes + haîne carbonée linéaire + Suffixe du groupe prioritaire Exemple 4-hydroxy-,4-diméthylpent--énal Informations 7. Programme officiel de BPST Rien n est mentionné. 7. Lien avec les SVT En SVT aussi bien la nomenclature systématique que la nomenclature issue de l usage courant sont utilisées. 7. Les acquis du secondaire Programme de terminale S. [6] Analyse spectrale Notions et contenus ompétences exigibles Associer un groupe caractéristique à une fonction 4 dans le cas des alcool, aldéhyde, cétone, acide carboxylique, ester, amine, amide. onnaître les règles de nomenclature de ces composés ainsi que celles des alcanes et des alcènes. Structure et transformation de la matière Notions et contenus ompétences exigibles Reconnaître les groupes caractéristiques dans les alcool, aldéhyde, cétone, acide carboxylique, ester, amine, amide. Utiliser le nom systématique d une espèce chimique organique pour en déterminer les groupes caractéristiques et la chaîne carbonée. Programme de première S. [7] 4. Le terme «fonction» est impropre. Il faut utiliser le terme «classe fonctionnelle». 0

11 V. Prévost, BPST nomenclature en chimie organique Lycée oche, Versailles, 0 04 Notions et contenus ohésion et transformations de la matière enclature des alcanes et des alcools ; formule semi-développée. Synthétiser des molécules et fabriquer de nouveaux matériaux Alcools, aldéhydes, cétones : nomenclature, [... ]. Acides carboxyliques : nomenclature, [... ]. ompétences attendues Reconnaître une chaîne carbonée linéaire, ramifiée ou cyclique. mer un alcane et un alcool. mer des alcools, aldéhydes, cétones et acides carboxyliques. Reconnaître la classe d un alcool. Programme de seconde. [8] Notions et contenus Les médicaments (thème La santé) ou Les matériaux et les molécules dans le sport (thème La pratique du sport) ompétences attendues Groupes caractéristiques. Les matériaux et les molécules dans le sport (thème La pratique du sport) Repérer la présence d un groupe caractéristique dans une formule développée. Molécules simples ou complexes : structures et groupes caractéristiques. Repérer la présence d un groupe caractéristique dans une formule développée. 7.4 ompétences particulières de ce chapitre Représenter une molécule à partir de son nom ; donner le nom d espèces chimiques simples ; reconnaître et nommer les principaux groupes caractéristiques. Références [] Pour une histoire de la nomenclature, consulter Philippe Jaussaud, omment nommer les molécules organiques, Pour la science, septembre 007, pages 8-. [] Wikipédia. enclature des composés organiques [en ligne]. [consulté le 0 juillet 0]. Disponible sur le Web : <http ://fr.wikipedia.org/wiki/enclature_des_composés_organiques>. [] IUPA Goldbook. Alkyl groups [en ligne]. [consulté le 4 juillet 0]. Disponible sur le Web : <http ://goldbook.iupac.org/a008.html>. [4] IUPA. Preferred IUPA Names [en ligne]. [consulté le 4 juillet 0]. Disponible sur le Web : <http :// publications/ recommendations/ompletedraft.pdf>. onsulter à partir de la page 77 pour les noms des groupes. Noter que ce document fait 06 pages, ce qui montre la complexité de la nomenclature. [5] V. Prévost, B. Richoux, et coll., Physique himie, Terminale S, enseignement spécifique, programme 0, Nathan, ISBN : Pages B7-B8 [6] Bulletin fficiel de l éducation nationale spécial n 8, octobre 0. [7] Bulletin fficiel de l éducation nationale spécial n 9, 0 septembre 00 ; préambule. [8] Bulletin fficiel de l éducation nationale spécial n 4, 9 avril 00.