Éléments de chimie organique Résumé Note : e résumé indique quelques éléments qui ont été étudiés en classe. Il est largement insuffisant pour compléter votre étude. Il vous permettra de mieux structurer vos notes de cours et de faciliter votre étude. 1. Introduction L hybridation, la géométrie moléculaire et les représentations La façon la plus facile de se retrouver est de relier la théorie des paquets avec les termes d hybridation. Évidemment, le recouvrement des orbitales axial ou hors-axe peut être négligé pour l instant. Notez que un paquet est soit une liaison simple, une liaison multiple double ou triple, un doublet libre ou une charge négative. Deux paquets = sp ; angle 180 ; géométrie linéaire (toutes les liaisons sont dans le même plan lorsque l on dessine la molécule) Trois paquets = sp 2 ; angles 120 ; géométrie triangulaire plan (toutes les liaisons sont dans le plan) Quatre paquets = sp 3 ; angles 109.5 ; géométrie tétraédrique (deux liaisons dans le plan et deux autres hors plan) Évidemment, la présence de doublets libres modifie quelque peu l angle des liaisons et naturellement le nom de la forme géométrique de la molécule (révisez vos notes de chimie fondamentale). Il est primordial de pouvoir trouver les configurations électroniques des principaux éléments de la chimie organique afin de pouvoir localiser les doublets libres (électrons pairés, non liés de la couche des électrons de valence). es électrons vous permettront de prévoir le comportement chimique de la molécule (caractère nucléophile). La configuration électronique vous montre aussi le partage des électrons dans une liaison chimique. Le partage de deux électrons entre deux éléments est dit un recouvrement axial (liaison sigma σ ) Lorsque plus d électrons sont partagée, liaisons multiples, on parle alors d un recouvrement hors axe (π ) la liaison simple est dite σ, la double une σ et une π, la triple une σ et deux π. omme les électrons π ne sont pas situés directement entre deux éléments, ils sont disponible pour effectuer des réactions chimiques. n dira alors qu ils se comportent comme un nucléophile. Les molécules chimiques sont des assemblages d éléments qui sont représentés par plusieurs types de formules chimiques : La formule brute ou empirique : Elle représente les proportions des éléments entre eux. est le plus petit facteur commun de la formule chimique réelle (moléculaire). Elle est directement reliée à la composition centésimale. Notez que les liaisons ne sont pas représentées et que la formule n existe pas nécessairement. Ex : 2
La formule moléculaire : Elle introduit le nombre exact d éléments d une molécule. Elle doit respecter la valence de tous les éléments qui la compose. Les liaisons et les angles ne sont pas représentés dans ce type de formule qui peut encore représenter plusieurs composés chimiques différents (isomères). 2 4, 3 6 2, 4 8 4 sont des formules moléculaires qui ont la même formule empirique, 2 qui est aussi une formule moléculaire. es quatre molécules ne sont pas des isomères car elles n ont pas la même formule moléculaire. Toutes ces formules sont dites moléculaires car elles respectent les relations : Maximum de n (2n +2) avec un nombre d hydrogène et d halogène pair. L oxygène et le soufre ne changent rien. Maximum de n (2n +3) N avec un nombre d hydrogène et d halogène impair. L oxygène et le soufre ne changent rien. La formule structurale développée : Elle présente tous les éléments ainsi que les liaisons entre eux. Les angles ne sont pas importants. Exemple : But-2-én-2-ol But-2-én-2-ol But-2-énol Les deux premières représentent la même molécule tandis que la troisième est en isomère de position des deux autres. La formule structurale semi-développée : on regroupe les et on ne montre pas les liaisons entre le et le. Exemple : 3 -=- 2 -. La formule structurale condensée : n ajoute un suffixe multiplicatif aux groupements qui se répètent. Exemple ( 3 -( 2 ) 5-2 -N 2 ) heptanamine. La formule stylisée omet de représenter les qui ne font pas partie d une fonction. Les carbones sont représentés par l extrémité d un segment et les angles sont représentés. Il est possible de déduire le nombre d hydrogènes de chaque carbone en tenant compte que le carbone DIT établir quatre liaisons. Z-but-2-én-2-ol E-but-2-én-2-ol es deux molécules sont des isomères géométriques dû à la rigidité de la liaison double.
N 2 heptanamine La representation en perspectives (3D) : ette représentation montre tous les éléments et tient compte de la géométrie réelle de la molécule dans l espace. Les liaisons hors plan sont représentées par et. n ne développe pas un groupement ou une fonction qui sortent déjà du plan. Une forme correcte représentera la chaîne principale dans le plan. Exemple : 5-chloro-6-méthoxyhex-3-ynal l Z-but-2-én-2-ol Remarquez l angle autour des carbones de la liaison triple et autour du carbonyle. À partir de cette représentation, nous pouvons représenter les isomères optiques (stéréoisomères) qui ont la même formule moléculaire, la même formule développée et les mêmes propriétés chimiques. La différence est au niveau du pouvoir rotatoire. Les énantiomères sont des images miroir l une de l autre que l on ne peut pas superposer. La représentation de Newman : Elle permet de visualiser des conformères (même molécule organisée différemment dans l espace Aucun effet sur les propriétés optiques). n regarde la molécule sur l axe qui passe entre 2 carbones pour générer la représentation. n peut retrouver la conformation décalée (la plus stable) et la conformation éclipsée. Évidemment cette représentation permet de visualiser la molécule autour d une seule liaison. Ex : Décalée Éclipsée Pour générer une représentation de Newman, représentez la liaison étudiée (entre les deux carbones) par votre index de la main droite et représentez une liaison sur le carbone avant par votre pouce (idéalement celle allant vers le haut ou vers le bas). Avec votre index de l autre main, situez ce qui est à l avant ou à l arrière (vous pourrez ainsi savoir quoi noter du côté droit ou du côté gauche). Tournez alors votre main droite de façon à regarder sur l axe de votre index (main droite).
La projection de Fisher : Elle représente chaque carbone asymétrique (4 substituants différents sur un carbone sp 3 ) par une croix. La fonction principale la plus oxydée est disposée vers le haut et chaque carbone asymétrique ( * ) est représenté par une croix. La chaîne principale est disposée verticalement. n peut alors facilement comparer les isomères optiques, énantiomères, stéréoisomères, diastéréoisomères ette représentation ne permet pas de déterminer le pouvoir rotatoire ( (+) ou (-) ) de l isomère car cette donnée physique ne peut être déterminée que de façon expérimentale. Pour déterminer la représentation de Fisher, représentez les liaisons de la chaîne principale (- * -) à l aide du pouce et de l index d une main (droite par exemple). L autre index vous permettra de situer une liaison avant ou arrière du carbone asymétrique ( * ). Tournez votre main droite (dans cet exemple) de façon à former un V entre votre pouce et index (main droite) avec l ouverture à la verticale et s éloignant de votre corps. Vous saurez ainsi où disposer les deux autres substituants (droite ou gauche) dans la représentation. 2 (R)-Glycéraldéhyde (isomère D en configuration relative) Projection de Newman pour cette molécule Nomenclature systématique Pages : 38-58; 216-222; 445-6; 523 (Flamand) a. Identifiez la chaîne principale (la plus longue qui contient la fonction prioritaire et le maximum d insaturations entre les carbones)
b. Numérotez dans tous les sens de façon à trouver l ensemble le plus bas à la première différence (pas la somme ). c. Assemblez le nom complet en classant les substituants par ordre alphabétique (exclusion de di, tri ). Exemple : 3-méthoxypropanal omposés aromatiques Il faut utiliser le nom de base de l hydrocarbure benzénique correspondant et le précéder du nom des substituants dans l ordre alphabétique. Il est possible d utiliser les préfixes o- (ortho, positions 1 et 2), m- (méta, positions 1 et 3) et p- (para, positions 1 et 4) lorsque l on retrouve deux substituants.. omposés hétérocycliques Il existe trois modes de fonctionnements acceptés, soit : a. En utilisant un préfixe (aza, oxa, thia) qui désigne l hétéroatome et un suffixe (terminaison) qui indique le nombre d atomes (carbones + hétéroatome) du cycle ainsi que la présence d insaturations ou non. b. En ajoutant aza, oxa au nom de bases de l hydrocarbure correspondant. c. En apprenant les noms traditionnels Exemple : a) 4,5-diméthyloxépane b) 4,5-diméthyloxacycloheptane Les isomères Les isomères sont des molécules qui ont la même formule moléculaire mais qui présentent des propriétés différentes. n peut alors leur attribuer un nom différent. Parmi les isomères, on retrouve : Les isomères de position et/ou de fonction Pour trouver ces isomères, on commence par déterminer la présence possible de cycle(s) et/ou d insaturation(s). n soustrait la somme des et X de la quantité maximum d hydrogène que peut contenir la formule (cf. formule moléculaire) et on divise par deux. e nombre représente la somme des insaturations et/ou cycles. n note ensuite la chaîne la plus longue et on y déplace toutes les fonctions possibles d abord par la position, ensuite par la fonction. n change ensuite la structure (en enlevant un de la chaîne principale à la fois) et on y déplace les fonctions et groupements. Aucune des molécules ne doit pouvoir être nommée comme une autre. Présence d insaturations et/ou de cycles L alcène et le cycle représentent des structures rigides (on ne parle plus de conformères autour d une liaison simple). Il y a donc possibilité de retrouver
les isomères géométriques Z (membres au numéro atomique le plus élevé à la première différence) du même côté de la liaison double ou du cycle, E du côté opposé, cis du même côté avec une certaine symétrie des membres liés au cycle ou à l alcène, trans du côté opposé avec aussi une symétrie. La façon la plus simple de visualiser ces isomères est de les dessiner en formule stylisée. Présence d un ou de plusieurs carbone(s) asymétrique(s) e type d isomères peut s appeler énantiomères, isomères optiques, énantiomorphes lorsqu ils représentent une image miroir non superposable. La présence de deux carbones chiraux permet d obtenir aussi les diastéréoisomères qui sont des molécules différentes, optiquement actives, non superposables et qui ne sont pas des images miroirs l une de l autre. Les diastéréoisomères qui présentent une symétrie entre les deux carbones asymétriques ont un pouvoir rotatoire nul et on nomme leur forme, méso. Les énantiomères portent le même nom auquel on ajoute la configuration absolue entre parenthèses (R), rectus ou (S), sinister. S il y a plus d un carbone chiral, le numéro du carbone en question est indiqué avant le R ou le S au début de la formule. Il est idéal de représenter ces isomères en représentation de Fisher de façon à éviter d écrire deux fois la même molécule. Mise à jours : 06-03-10