Introduction à la chimie organique I) Qu est-ce que la chimie organique? a. Définition : istoriquement la chimie organique concernait les molécules issues d organismes vivants. Toutefois, à partir du moment où on a réussi à recréer en laboratoire de telles molécules (la 1 ère étant l urée en 1828), et encore plus lorsque l on a synthétisé de nouvelles molécules organiques n existant pas dans la nature, il a fallu changer cette définition. La chimie organique est aujourd hui la chimie des composés du carbone. A côté du carbone, les molécules organiques contiennent quasiment toujours de l hydrogène et parfois d autres éléments :, N, P, S, des halogènes. Rq : certains composés contenant du carbone ne sont pas classées en tant que molécules organiques mais comme minérales : le dioxyde de carbone C 2, le graphite (carbone pur cristallisé). Le carbone et l hydrogène ayant des électronégativités proches, la chimie organique repose essentiellement sur des liaisons covalentes. n rappelle que le carbone est tétravalent, et la grande diversité des molécules qu il peut ainsi former explique son importance dans la chimie de la vie. b. Importance : La chimie organique est aussi appelée chimie fine dans l industrie. Elle représente à elle seule près de la moitié de l activité industrielle mondiale. Elle intervient notamment dans les domaines suivants : plastiques, pharmacie, engrais, colles, parfumerie Elle est également importante pour comprendre les processus biochimiques ayant lieu dans nos cellules. Def : II) Formules des molécules organiques : a. Formule brute : Formule générale : d un alcane d un alcène d un alcyne Insaturation : b. Détermination d une formule brute : Détermination de la masse molaire :
Dem : Dans tous les cas (solide, liq, gaz) la masse molaire peut être mesurée par une méthode appelée spectrométrie de masse. Analyse élémentaire : Ex : soit un composé organique pur. L'analyse élémentaire conduit aux pourcentages massiques suivants en éléments : C : 56,7% : 7,1% N : 11,0% : 25,2% La masse molaire est déterminée par spectrométrie de masse : M = 127 g.mol -1. Notons C x y z N t la formule brute du composé. c. Formule développée et formule semi-développée En formule développée, tous les doublets liants et non liants sont représentés. En formule semi-développée, les liaisons vers les hydrogènes ne sont pas indiquées et les doublets non liants peuvent être omis. d. Formule topologique : Dans une formule topologique, les liaisons carbone-carbone sont simplement représentées par des traits en ligne brisée. Les ne sont pas indiqués, seuls les hétéroatomes apparaissent. En cas de triple liaison, on tient compte de leur géométrie.
Si on fait apparaître un carbone dans une partie importante de la molécule, ne pas oublier d écrire également ses. III) Représentations dans l espace : a. Représentation de Cram : Conventions de Cram : b. Représentation en perspective cavalière : Il s agit des mêmes conventions qu en dessin : une liaison entre deux atomes qui vient vers l'avant est représentée par une ligne diagonale, l'extrémité en bas correspondant à l'atome le plus proche, et l'extrémité en haut à l'atome le plus éloigné (ou l'inverse). c. Représentation (ou projection) de Newman : Exemple : 2-chloro-3-bromopentane n regarde la molécule dans l axe de la liaison entre deux atomes voisins. L atome de devant est représenté par un cercle ; l atome de derrière est masqué par l atome de devant. Les liaisons de l atome le plus proche de l observateur sont figurées par des segments issus du centre du cercle, celles de l atome le plus éloigné par des segments radiaux qui s arrêtent à la périphérie du cercle. Application : l exemple précédent mais vu de la gauche. IV) Nomenclature : a. Alcanes : Le nom des molécules organiques dérivent du nom de l alcane linéaire correspondant. Nb de C 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 nom méthane éthane propane butane pentane hexane heptane octane nonane décane
Alcane linéaire/ramifié :. b. Substituants : Def : Son nom dérive de l'alcane correspondant (c'est à dire possédant le même nombre d'atomes de carbone) et le suffixe -ane est remplacé par le suffixe -yle. n obtient ainsi les groupes ou substituants alkyle. Ex : nom groupe Notation abrégée méthyl -C 3 -Me Ethyl -C 2 -C 3 -Et propyl -C 2 -C 2 -C 3 -Pr Isopropyl -C(C 3 ) 2 -ipr tertiobutyl -C(C 3 ) 3 - t Bu phényl -C 6 5 -Ph Les 2 derniers ne correspondent pas à de la nomenclature systématique, mais sont utilisés car très pratiques Me Ph Ex : 1 er exemples de noms systématiques : c. Règles : Toute molécule organique a son nom ainsi constitué : <préfixe(s)><radical><suffixe> Substituants de la chaine principale ydrocarbure linéaire correspondant à la chaine principale Imposé par la fonction principale
Méthode : 1. Déterminer la fonction principale d après les ordres de priorité 2. Trouver la chaîne principale : a. C est celle qui contient la fonction principale b. Si ambiguïté, c est celle contenant le plus d insaturations c. Si encore ambiguïté, c est la plus longue chaîne. 3. Numéroter la chaîne principale de sorte que : a. La fonction principale ait le plus petit numéro b. Si ambiguité, les insaturations aient le plus petit numéro c. Si encore ambiguïté, les substituants soient portés par les atomes de plus petit numéro. 4. Classer les substituants par ordre alphabétique : a. Indiquer le numéro du carbone portant le substituant avant le préfixe b. Si le même substituant est présent plusieurs fois, utiliser son préfixe multiplicateur : di, tri, tétra c. Un trait d'union sépare un numéro d'une lettre et une virgule sépare deux numéros successifs Pour le radical, en cas d insaturation, remplacer la terminaison «ane» par «ène» pour les doubles liaisons et «yne» pour les triples et indiquer la position de cette insaturation. Les différentes fonctions : nature, ordre de priorité et nom des préfixe et suffixes Ne retenir que celles en gras. Formule Fonction Préfixe Suffixe C R' R' Cl N 2 acide carboxylique carboxy- acide -oïque anhydride d'acide inutile anhydride -oïque ester inutile -oate d'alkyle chlorure d'acyle inutile chlorure d' -oyle amide inutile -amide N nitrile cyano- -nitrile aldéhyde formyl- -al cétone oxo- -one R' R alcool (et phénol) hydroxy- -ol R S thiol sulfanyl- -thiol R" R N R' amine amino- -amine A notre niveau, il est suffisant de retenir l'ordre de priorité décroissant suivant : acide carboxylique > ester > aldéhyde > cétone > alcool > amine
Cas des dérivés halogénés: L halogène est considéré comme un substituant et non comme une fonction principale. Le préfixe est formé simplement en ajoutant la terminaison «o» au nom de l halogène correspondant : d. Exemples détaillés : e. Nomenclature usuelle : A côté de cette nomenclature officielle ou systématique, il existe une nomenclature usuelle : Pour simplifier des noms extrêmement longs : ex : le cholestérol Pour des espèces chimiques découvertes bien avant que leurs formules développée ne soient connues. Ex : acide formique (acide méthanoïque) C cholestérol V) Introduction à la réactivité : a. Effets électroniques Intérêt : 1. Effet inductif :
Propriétés : 2. Effet mésomère : Def : Groupement à effet mésomère attracteur - M : Groupement à effet mésomère donneur : + M Propriété : 3. Gêne stérique. Br Br
b. Electrophile et nucléophile Def Les sites nucléophiles les plus courants sont donc, au sein d une molécule : Des atomes possédant des doublets non liants (neutre ou avec une charge formelle négative) Des sites δ- des liaisons polarisées Des liaisons multiples (forte «concentration» d électrons entre 2 atomes A l inverse les sites électrophiles sont plutôt : Des atomes possédant des lacunes électroniques Des sites δ+ des liaisons polarisées Des cations