NMENCLATURE EN CHIMIE RGANIQUE 1. GENERALITES 1.1. Groupe Un groupe ( * ) est un ensemble d'atomes reliés entre eux et ne constituant pas une molécule. 1.2. Structure fondamentale, structure dérivée Soit le composé de formule brute C 2 H 6. Il peut être pris comme structure fondamentale ; le remplacement, formel, d'un atome d'hydrogène de ce composé par un groupe hydroxyle H conduit au composé de formule H 3 C CH 2 H dit dérivé de la structure fondamentale précédente. Parallèlement, le nom du composé de formule brute H 3 C CH 2 H, éthanol, dérive du nom, éthane, dit nom fondamental, du composé de formule CH 3 CH 3. La structure fondamentale utilisée est en général un hydrocarbure fondamental, c'est-à-dire un système d'atomes formant une structure : - acyclique non ramifiée (exemple : pentane), - cyclique (exemples : cyclohexane, pyridine, naphtalène), - ou acyclique / cyclique (exemples : biphényle, styrène), ayant un nom semi-systématique ou trivial, et à laquelle seuls des atomes d'hydrogène sont liés. N cyclohexane pyridine naphtalène biphényle styrène 1.3. Substituant Du point de vue de la nomenclature, on appelle substituant ( ** ) tout atome ou groupe d'atomes remplaçant un hydrogène dans une structure fondamentale. Un substituant est noté par un tiret représentant une valence libre (ou plusieurs), c'est-à-dire un électron prêt à former avec un électron d'un autre atome une liaison covalente. Exemples : CH 3 ; H. ( * ) Le terme groupe est à utiliser de préférence à groupement. ( ** ) Le terme "radical", qui a été utilisé comme synonyme de substituant, est limité à la désignation d'espèces contenant des électrons célibataires (non couplés). 1
1.4. Préfixes multiplicatifs Pour indiquer un ensemble de groupes non substitués ou d'unités structurales fondamentales identiques, on utilise les préfixes multiplicatifs di-, tri-, tétra-, penta-, hexa Exemples : éthane-1,2-diol ; triméthylamine ; 2,2,3,4-tétraméthylpentane. Un ensemble de groupes identiques, tous substitués de la même façon est désigné par les préfixes multiplicatifs bis-, tris-, tétrakis, etc Un groupe substituant peut être mis entre parenthèses. Exemples : bis(2-méthylpentyl)amine. 1.5. Groupe caractéristique n appelle groupe caractéristique un atome ou un groupe d'atomes qui est introduit dans un hydrure fondamental autrement que par une liaison carbone-carbone (mais qui peut toutefois comprendre les groupes C N et C Z, où Z est :, S, NH (substitué ou non)). Cette expression, groupe caractéristique, s'applique à la fois à des groupes tels que H, NH 2, CH et à des atomes seuls tels qu'un halogène X, un oxygène = ou un azote N. Les groupes tels que le groupe alkyl ne sont pas des groupes caractéristiques. Les groupes caractéristiques courants sont donnés dans les documents 1 et 2 page suivante. 1.6. Classe fonctionnelle Les composés possédant un même groupe caractéristique (éventuellement avec la restriction d'un même environnement) forment une classe de composés, ou classe fonctionnelle. Exemple : le groupe hydroxyle H, lorsqu'il est lié à un atome de carbone tétragonal, lié lui-même seulement à des atomes de carbone ou d'hydrogène, est le groupe caractéristique des alcools : les alcools forment une classe fonctionnelle. Il est très important, dans une structure complexe, de savoir reconnaître les groupes caractéristiques et les classes fonctionnelles (ou fonctions chimiques), et, inversement, de savoir les représenter à partir du nom du composé. 1.7. Modes de nomenclature Plusieurs modes de nomenclature U.I.C.P.A. officielle sont possibles. Parmi eux, nous utiliserons essentiellement la nomenclature substitutive. Mais, parmi d'autres modes, les noms de classe fonctionnelle (nomenclature radico-fonctionnelle), les noms par remplacement, des noms additifs et des noms triviaux peuvent être employés et sont, dans certains cas, encore assez usités. Les noms substitutifs ou par remplacement sont, en général, préférés aux noms de classe fonctionnelle. 2
classe fonctionnelle groupe caractéristique préfixe suffixe cation onium : oxonium, ammonium H 2 ; NH 3 acide carboxylique CH (C)H carboxy- acide -carboxylique acide oïque acide sulfonique S 2 H sulfo- acide sulfonique anhydride d'acide C C ester CR (C)R (R)-oxycarbonyl- -carboxylate de R -oate de R halogénure d'acyle C X (C) X halogénocarbonyl- halogénure de -carbonyle halogénure de -oyle amide C NH 2 (C) NH 2 carbamoyl- -carboxamide -amide nitrile C N (C) N cyano- -carbonitrile -nitrile aldéhyde CH (C)H formyloxo- -carbaldéhyde -al cétone (C) oxo- -one alcool, phénol H hydroxy -ol thiol SH sulfanyl- -thiol hydroperoxyde H hydroperoxyamine NH 2 amino- -amine imine =NH imino- -imine =NR (R)-imminoéther-oxyde R (R)-oxyperoxyde R (R)-peroxy- Document 1 : Suffixes et préfixes utilisés pour désigner quelques groupes caractéristiques en nomenclature substitutive. Les groupes caractéristiques sont rangés par ordre de priorité décroissante pour le choix et la dénomination d'un groupe fonctionnel principal. L'absence de préfixe et de suffixe indique qu'il n'y a pas de nom substitutif. R désigne un groupe substituant dérivant d'un hydrure fondamental par perte d'un atome d'hydrogène. (C) désigne un atome de carbone inclus dans le nom de l'hydrure fondamental et n'appartenant pas à un groupe désigné par un suffixe ou un préfixe. Les anions sont prioritaires devant les cations. classe fonctionnelle groupe préfixe caractéristique chlorure Cl chlorobromure Br bromoiodure I iodofluorure F fluoro- =N 2 diazo- N nitroso- N 2 nitro- R (R)-oxy- SR (R)-sulfanyl- Document 2 : Groupes caractéristiques et groupe désignés seulement par des préfixes 3
2. NMENCLATURE SUBSTITUTIVE 2.1. Groupe principal Les groupes caractéristiques sont classés dans un ordre de priorité décroissante. Le groupe prioritaire, dit groupe principal, est désigné par un suffixe. Tous les autres groupes caractéristiques sont désignés par des préfixes. Quelques groupes caractéristiques et les groupes hydrocarbonés ne peuvent être désignés que par des préfixes. Les documents 1 et 2 donnent l'ordre de priorité décroissante des groupes caractéristiques et les noms des principaux préfixes et suffixes. 2.2. Structure fondamentale 2.2.1. Composé purement aliphatique Dans le cas d'un composé ne comportant que des chaînes carbonées ouvertes (composé aliphatique), la chaîne sur laquelle sont basés la nomenclature et le numérotage est appelée chaîne principale. Celle-ci est déterminée par un ensemble de critères, dans un ordre donné. Elle doit contenir : 1) le groupe principal ; 2) le nombre maximal de doubles et triples liaisons considérées dans leur ensemble : 3) la longueur maximale ; 4) le nombre maximal de substituants désignés par des préfixes. Le document 3 rappelle le nom des premiers alcanes linéaires. formule de l'alcane nom de l'alcane groupe alkyle nom du groupe alkyle CH 4 méthane CH 3 méthyle C 2 H 6 éthane CH 2 CH 3 éthyle C 3 H 8 propane CH 2 CH 2 CH 3 propyle C 4 H 10 butane (CH 2 ) 3 CH 3 butyle C 5 H 12 pentane (CH 2 ) 4 CH 3 pentyle C 6 H 14 hexane (CH 2 ) 5 CH 3 hexyle C 7 H 16 heptane (CH 2 ) 6 CH 3 heptyle C 8 H 18 octane (CH 2 ) 7 CH 3 octyle C 9 H 20 nonane (CH 2 ) 8 CH 3 nonyle C 10 H 22 décane (CH 2 ) 9 CH 3 décyle C 11 H 24 undécane (CH 2 ) 10 CH 3 undécyle C 12 H 26 dodécane (CH 2 ) 11 CH 3 dodécyle C 13 H 28 tridécane (CH 2 ) 12 CH 3 tricédyle C p H 2p+2 alcane (CH 2 ) p-1 CH 3 alkyle R H R Document 3 : Nom des premiers alcanes linéaires et des groupes alkyles correspondants 4
2.2.2. Composé cyclique Si le groupe principal est fixé sur un cycle, celui-ci constitue la structure fondamentale. Le nom d'un cycle carboné est obtenu en utilisant le préfixe cyclo devant le nom de l'alcane ayant le même nombre d'atomes de carbone. 2.2.3. Composé constitué de chaînes et de cycles Si le groupe principal est fixé à la fois sur des chaînes linéaires et sur des cycles, la structure fondamentale est le fragment (chaîne ou cycle) dans lequel le groupe principal se rencontre le plus grand nombre de fois et, en cas d'égalité, celui qui est considéré le plus important. Le fragment de chaîne le plus important est déterminé par les critères mentionnés ci-dessus pour la recherche de la chaîne principale. 2.3. Substituants Lorsqu'un substituant est lui-même substitué, on détermine le substituant fondamental (analogue de l'hydrure fondamental) par les mêmes procédures que pour la structure fondamentale ; tous les substituants secondaires sont désignés par des préfixes. Mais il n'y a pas de groupe caractéristique nommé par un suffixe. Le préfixe désignant un substituant dérivant d'un hydrure fondamental est formé du nom de cet hydrure et d'un suffixe qui dépend du nombre d'atomes d'hydrogène perdus par cet hydrure et créant des valences libres. Le tableau suivant indique quelques-uns de ces suffixes. valences libres suffixe exemple une simple deux simples trois simples une double -yle -diyle -triyle -ylidène CH 3 CH 2 CH 2 propyle ou propan-1-yle CH 2 CH 2 éthane-1,2-diyle CH 2 CH CH 2 propane-1,2,3-triyle CH 3 CH= éthylidène ou éthanylidène Ces suffixes peuvent : - remplacer la terminaison "-ane" du nom de l'hydrure fondamental (cas des hydrocarbures acycliques ou monocycliques saturés ; l'atome portant la valence libre termine la chaîne et porte toujours l'indice "l", qui est généralement omis). - ou être ajouté au nom de l'hydrure fondamental (avec élision de la lettre "e" terminale devant un suffixe commençant par "y"). 5
Le document 4 indique les noms triviaux de quelques groupes substituants. nom trivial ou formule semi-systématique C 6 H phényle 5 C 6 H 5 CH 2 (CH 3 ) 2 CH (CH 3 ) 2 CH CH 2 (CH 3 ) 3 C H 3 C CH 2 CH CH 3 H 2 C=CH H 2 C=CH CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 benzyle isopropyle isobutyle tert-butyle sec-butyle vinyle allyle méthylène éthylène p-phénylène ( * ) Document 4 : Noms triviaux ou semi-systématiques de quelques groupes substituants (*) p désignant la position para des deux valences libres 2.4. Numérotage 2.4.1. Structure fondamentale Dans la structure fondamentale, quand le choix n'est pas imposé (cas du naphtalène, par exemple), le sens du numérotage est tel que le groupe prioritaire a le plus petit indice, et, en cas de choix, ce sont les liaisons multiples qui doivent avoir les plus petits indices. L'indice attribué à une liaison multiple (liaison double C=C ou triple C C, par exemple) est celui du premier atome lié de façon multiple rencontré dans un sens de numérotage donné. Dans le cas de plusieurs groupes prioritaires identiques et au cas où un choix est encore possible pour des substituants, la méthode consiste à comparer les deux suites d'indices des substituants pour les deux sens de numérotage possibles le long d'une chaîne ou d'un cycle. Lorsque les indices sont tous inférieurs à 9, la suite des indices retenue est celle qui forme le nombre le plus petit. L'ensemble 2,2,3 est préféré à l'ensemble 2,3,3. De façon plus générale, c'est l'ensemble d'indices le plus bas qui est retenu : c'est-à-dire celui qui, comparé à un autre, chacun classé par ordre croissant (indépendamment de la nature des substituants), présente l'indice le plus bas au premier point de différence ; l'ensemble 2,3,3,10,11 est plus bas que l'ensemble 2,3,10,10,11. 6
Les indices sont placés ( * ) immédiatement avant la partie du nom à laquelle ils se réfèrent. Il faut un tiret entre un indice et une lettre, et une virgule entre deux indices. En pratique, écrire le nom sans indice (hexènediol), puis intercaler les indices. Exemples : but-3-én-1-ol ( ** ) H CH 2 CH 2 CH=CH 2 pent-3-ène-1,2-diol H CH 2 CHH CH=CH CH 3 2.4.2. Substituants L'atome du substituant lié à la structure fondamentale a l'indice le plus bas possible : 1, en général. 2.5. rdre des préfixes Les préfixes (désignant des groupes R ou des groupes caractéristiques) sont rangés par ordre alphabétique devant le nom fondamental. Les préfixes multiplicatifs (si nécessaire) n'altèrent pas l'ordre alphabétique établi. 2.6. Méthode d'obtention d'un nom substitutif et exemples de mise en œuvre méthode recherche successive : exemple H H 2 C CH CH CH 2 CH 2 CH 3 groupe principal hydrure fondamental H : suffixe ol H 3 C CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 3 hexane numérotage 1 2 3 4 5 6 Il est imposé par le plus petit indice affecté au groupe H modification due à la double liaison C=C -ène (élidé en én-) nom sans indices hexénol nom avec indices hex-1-én-3-ol ( * ) Depuis les recommandations de 1988, comme dans les nouvelles propositions anglaises de l'i.u.p.a.c. ( ** ) La désinence "èn" devient "én" lorsqu'elle est placé devant un suffixe commençant par une voyelle autre que le "e". 7
méthode recherche successive : exemple H H 2 C CH 2 CH 2 C CH 3 groupe principal hydrure fondamental C= d'une cétone : suffixe one (prioritaire devant le groupe hydroxyle H) H 3 C CH 2 CH 2 CH 2 CH 3 pentane numérotage Il est imposé par le groupe principal : indice 2 (préféré à 4 obtenu en numérotant dans le sens opposé) substituant groupe H : préfixe hydroxynom sans indices hydroxypentanone nom avec indices 5-hydroxypentan-2-one méthode exemple NH 2 recherche successive : H CH 2 H 3 C CH 3 CH CH H CH 2 CH 2 CH CH H CH 3 groupe principal structure fondamentale substituants fondamentaux substituants fondamentaux secondaires numérotage de la chaîne principale préfixes classés dans l'ordre alphabétique : nom sans indice (avec élisions des e) nom avec indices 8 H : suffixe ol Ici, la chaîne comporte deux groupes principaux H ; elle est préférée au cycle benzénique qui ne porte qu'un groupe principal : H 3 C (CH 2 ) 5 CH 3 heptane CH 3 méthyle phényle NH 2 sur l'un des groupes méthyles : préfixe amino CH 2 NH 2 aminométhyle H et CH 3 sur le cycle benzénique. L'atome de carbone du groupe phényle lié à la chaîne à l'indice 1, les indices des substituants formant l'ensemble le plus bas étant 3,4 : 5 6 4 1 4-hydroxy-3-méthylphényle H (préfixes dans l'ordre 3 2 alphabétique) H 3 C Il est imposé par les deux groupes : H : ensemble d'indices le plus bas : 2,5 (préféré à 3,6) aminométhyl [4-hydroxy-3-méthylphényl] méthylheptanediol 3-aminométhyl-7-[4-hydroxy-3-méthyl-phényl]-6- méthylheptane-2,5-diol
3. AUTRES MDES DE NMENCLATURE 3.1. Nomenclature de classe fonctionnelle (ou radico-fonctionnelle) Un mot tel que cétone, chlorure ou alcool, utilisé comme suffixe ou comme mot séparé est celui d'une classe fonctionnelle. Un nom est formé avec un nom d'une classe fonctionnelle et le nom d'un groupe (alkyle, acyle, ). Cette nomenclature est encore utilisée pour les halogénures d'alkyles (halogénoalcanes en nomenclature substitutive) les amines, les éthers-oxydes, les esters, les halogénures d'acyles (mode exclusif dans ces deux derniers cas). Dans le cas de plusieurs groupes caractéristiques, le groupe principal détermine la classe fonctionnelle. 3.2. Noms triviaux Ce sont des noms dont aucune partie n'a de signification systématique. Exemple : l'urée =C(NH 2 ) 2. En nomenclature U.I.C.P.A., quelques noms triviaux et des noms semi-triviaux (acétone =C(CH 3 ) 2, dont seule la terminaison identique indique que c'est une cétone) consacrés par l'usage sont "retenus", voire dans quelques cas encore préférés aux noms systématiques. Il en est ainsi de l'urée, de l'acide acétique (ce dernier donnant des noms dérivés comme groupe acétyle), etc. 3.3. Nom additif Un exemple, en est le tétrahydrofurane déduit de la structure fondamentale du furane par addition de quatre atomes d'hydrogène. furane tétrahydrofurane (THF) ou oxacyclopentane 3.4. Nom par remplacement Ce type de nom est utilisé dans les éthers-oxydes cycliques. Pour l'oxacyclopentane, un atome d'oxygène remplace l'un des atomes de carbone du cycle du cyclopentane. 4. NMS GENERIQUES Ce sont des noms tels que : alcane, alcanol, alcanal, acide alcanoïque, qui portent en eux le mode d'obtention du nom d'un composé particulier à partir du nom fondamental. Le document 5 présente les principales fonctions classées par ordre de priorité décroissante. 9
Classe Nom générique Acides R carboxyliques Anhydride d'acide R Formule Suffixe Autre dénomination C H IQUE Acide acide carboxylique* alcanoïque C C R Anhydride alcanoïque Préfixe* Nom du groupe HC carboxy R C acyle alcanoyle alkylcarbonyle Sel d'acide R C Ester R C Halogénures d'acyle R C Amides R C M ATE Alkylcarboxylate de M ou de R 1 * R 1 Alcanoate de M X NH 2 R C N Aldéhydes R C Cétones R C H R 1 ou de R 1 YLE halogénure AMIDE alcanamides NITRILE alcanenitrile AL alcanal NE alcanone Halogénure d'alkylcarbonyle* R C acyloxy alcanoyloxy R 1 C alkyloxycarbonyle X C carboxamide* R C NH NH 2 C carbonitrile* cyanure d'alkyle* carbaldéhyde* dialkylcétone* N C cyano H C formyle C halogénoformyle alcanamido carbamoyle X (le carbone fait partie de la chaîne principale) Alcools (et phénols) R H L alcanol Sels des alcools R M LATE alcanolate de M Amines R NH 2 AMINES alkylamine rganomagnésien R MgX mixtes alcool alkylique alkylate de M Halogénure d'alkylmagnésium H hydroxy R alkyloxy-alcoxy NH 2 - HN N amino imino nitrilo Document 5 : Principales fonctions classées par ordre de priorité décroissante M = métal monovalent ; X = halogène ; nom* = le carbone portant la fonction ne fait pas partie de la chaîne principale. Les fonctions non présentées dans ce tableau ( dérivés halogénés, nitrés )sont toujours mentionnées en préfixe. 10