Chimie Organique - PowerPoint by F40t87U

VIEWS: 571 PAGES: 27

									    Chimie Organique


  Généralités sur les grandes fonctions
organiques et les mécanismes réactionnels




Stage Pré-Universitaire - Septembre 2OO7
                            Objectifs

   Connaître les règles de nomenclature en chimie organique.

   Distinguer les différents groupes fonctionnels propres aux
    composés organiques.

   Avoir les bases nécessaires pour commencer à aborder les
    différentes réactions (sans trop rentrer dans les détails).

   Se familiariser avec les belles têtes de vos (futurs) tuteurs
    préférés: Lucie, Jérémy et José.
                                Plan

I.     Généralités.
II.    Nomenclature.
      Hydrocarbures saturés.
      Hydrocarbures insaturés.
      Composés contenant des fonctions organiques.
III.   Principales fonctions organiques.
      Alcools.
      Thiols.
      Aldéhydes/cétones.
      Acides carboxyliques.
      Amines.
      Dérivés halogénés
IV.    Principaux mécanismes réactionnels.
V.     Effets électroniques
      Effet inductif.
      Effet mésomère.
                             Généralités

              Définitions
   La chimie organique est la branche de la chimie qui concerne la description
    et l’étude des composés organiques.
   Attention: ne pas confondre avec la biochimie, qui étudie les molécules
    fabriquées par les organismes vivants.
   Les composés organiques sont des molécules composées d’atomes de
    carbone et d’hydrogène.
   En plus des atomes de carbone et d’hydrogène, les molécules organiques
    peuvent contenir des atomes d’oxygène, d’azote, de soufre, des halogènes
    (chlore, fluor, brome,…) ainsi que plus rarement autres atomes.
   Les atomes qui composent ces molécules sont toujours liés entre eux par des
    liaisons covalentes: elles peuvent être simples, doubles voire triples!



Exemple de molécule organique:
        Généralités: un peu de vocabulaire

 Saturation: une molécule saturée n’est composée que par des
  liaisons simples, alors qu’une molécule insaturée possède au
  moins une liaison double.
 Conjugaison: un composé conjugué est un composé où se
  produisent des déplacements d’électrons le long des liaisons
  covalentes. Exemple: une molécule où deux doubles liaisons
  sont séparées par une simple liaison
CH2=CH-CH=CH2            CH2+-CH=CH-CH2-
 Polarité: une liaison covalente polarisée voit ses électrons se
  rapprocher d’un des atomes sous l’influence de plusieurs
  facteurs (électronégativité, effets inductif ou mésomère). Ceci a
  un grand impact sur la réactivité de la liaison.
 Aliphatique: une chaîne aliphatique ne contient aucune
  conjugaison (linéaire ou cyclique).
 Aromatique: une molécule aromatique contient un cycle
  d'atomes de carbone similaire à celui du benzène (doubles
  liaisons conjuguées). Exemple: aniline
                                Plan

I.     Généralités.
II.    Nomenclature.
      Hydrocarbures saturés.
      Hydrocarbures insaturés.
      Composés contenant des fonctions organiques.
III.   Principales fonctions organiques.
      Alcools.
      Thiols.
      Aldéhydes/cétones.
      Acides carboxyliques.
      Amines.
      Dérivés halogénés
IV.    Principaux mécanismes réactionnels.
V.     Effets électroniques
      Effet inductif.
      Effet mésomère.
           Nomenclature des hydrocarbures
                      saturés
   Pour pouvoir nommer un composé organique, il faut suivre des règles
    précises, qui sont à la base de la chimie organique.
   D’abord, il faut trouver la chaîne hydrocarbonée la plus longue à
    considérer comme l'alcane de base et lui donner un nom. Les plus
    communs: 1C=méthane, 2C=éthane, 3C= propane, 4C=butane. Après,
    les préfixes habituels: pent-, hex-, hept-, oct-, non-,… Si la molécule
    forme un cycle, faire suivre l’alcane du préfixe cyclo-.
   Ensuite il faut identifier tout groupe alkyl (ex: éthyl CH3-CH2-)
    branché sur l'alcane et lui donner un nom (radical); placer ce nom en
    préfixe devant le nom de l'alcane de base.
   Finalement, faire suivre le nom de chaque radical par un chiffre
    indiquant la position de la ramification sur l'alcane de base (s’il y a
    plusieurs ramifications, alors il faut prendre la somme des indices la
    plus faible).
   Exemple: éthyl-4 méthyl-3 heptane
         Nomenclature des hydrocarbures
                   insaturés
   Suit les mêmes règles que pour un hydrocarbure
    insaturé, il suffit de changer le suffixe.
   Pour un alcène simple (double liaison C=C) le nom
    de la molécule termine par –ène, suivi par le chiffre
    indiquant la position de l’insaturation. S’il y a deux
    doubles liaisons, alors le suffixe est –diène. Exemple:
    butadiène-1,3           CH2=CH-CH=CH2
   Les molécules cycliques aromatiques ont une
    nomenclature particulière dont la plus connue est
    celle du benzène
      Nomenclature des composés contenant
       au moins un groupement fonctionnel
   Lorsque le composé contient un seul groupement
    fonctionnel, alors il est généralement signalé en
    suffixe (suivi de sa position si nécessaire).
   Si le composé contient deux ou plus groupements
    fonctionnels, alors seule la fonction principale est
    indiquée en suffixe, les autres apparaissant en tant
    que préfixes (une hiérarchie existe entre les
    fonctions).
   Exemple des alcools: si principale alors suffixe –ol, si
    secondaire alors préfixe hydroxy- (suivies si
    nécessaire du numéro indiquant leur position).
   Certaines fonctions sont toujours indiquées en
    préfixe. Exemple: les dérivés halogénés (fluoro-,
    chloro-, bromo-, iodo-).
                             Plan

I.     Généralités.
II.    Nomenclature.
      Hydrocarbures saturés.
      Hydrocarbures insaturés.
      Composés contenant des fonctions organiques.
III.   Principales fonctions organiques.
      Alcools.
      Thiols.
      Aldéhydes/cétones.
      Acides carboxyliques.
      Amines.
      Dérivés halogénés
IV.    Principaux mécanismes réactionnels.
V.     Effets électroniques
      Effet inductif.
      Effet mésomère.
                                Alcools

     Formule générale: R-OH
     Trois classes:
1.    Alcool primaire: R-CH2-OH (OH en bout de chaîne)
2.    Alcool secondaire: R-CHOH-R’
3.    Alcool tertiaire:

     Liaison polarisée en faveur de l’oxygène (effet inductif
      attracteur).
     Nomenclature: suffixe –ol ou préfixe hydroxy- (suivis du
      chiffre indiquant la position si nécessaire).
     Acidité très faible: départ du H très difficile, ne réagit pas avec
      la soude.
     Subissent des réactions d’oxydation:
     Alcool primaire → aldéhyde → acide carboxylique
     Alcool secondaire → cétone
                           Thiols

   Composés soufrés avec des propriétés très similaires
    à celles des alcools (en effet, O et S sont situés sur la
    même colonne du tableau périodique).
   Liaison polarisée en faveur du soufre (effet inductif
    attracteur).
   Formule générale: R-SH
   Nomenclature: suffixe –thiol.
   Oxydation: modérée, conduit à la formation de
    thioéthers R-S-S-R (rôle dans les protéines au niveau
    des ponts disulfure).
                   Aldéhydes – cétones

   Composés carbonylés: double liaison avec un carbone.
   Aldéhydes: oxygène en bout de chaîne R-CH=O
   Cétones: oxygène en milieu de chaîne



   Liaison polarisée en faveur de l’oxygène (effet mésomère
    attracteur).
   Nomenclature: suffixe –al pour un aldéhyde (pas de numéro car
    toujours en bout de chaîne) et –one pour une cétone (suivie du
    chiffre de sa position si nécessaire).
   Réduction: d’un aldéhyde en alcool primaire, d’une cétone en
    alcool secondaire.
   Oxydation: d’un aldéhyde en acide carboxylique. Une cétone ne
    peut s’oxyder que s’il y a rupture de la chaîne.
   Exemples: butanone CH3-CO-CH2-CH3,
    propanal CH3-CH2-C=O
                   Acides carboxyliques

   Composés carboxylés: un carbone lié à deux atomes d’oxygène
    (une simple liaison et une double liaison).
   Formule générale: R-COOH

   Nomenclature: acide au début du nom suivi du suffixe –oïque.
   Acidité: en solution dans l’eau, l’acide se dissocie partiellement
    pour donner des ions carboxylate R-COO- (départ d’un proton
    H+).
   Mésomérie:



   Dérivés: nombreux, par exemple les esters et les amides
                              Amines

    Composés azotés: simple liaison avec un atome d’azote.
    Formule générale: R-NH2
    Trois classes (attention: différent aux alcools):
1.   Amine primaire: R-NH2
2.   Amine secondaire: R1-NH-R2
3.   Amine tertiaire:



    Liaison polarisée en faveur de l’azote (effet inductif attracteur).
    Nomenclature: suffixe –amine ou préfixe amino-.
    Basicité: dans l’eau les amines sont des bases faibles (captent
     un proton H+).
    Autres composés azotés: les imines (double liaison avec
     l’azote), les nitriles (triple liaison), les amides (cf. ci-dessus).
                  Dérivés halogénés

   Halogènes: atomes de la septième colonne de la
    classification périodique (fluor, chlore, brome, iode).
   Formule générale: R-X
   Liaison polarisée en faveur de l’halogène (effet
    inductif attracteur).
   Nomenclature: toujours en préfixe (l’halogène est
    considéré comme un substituant) halogéno- ou
    halogénure de-. Exemple: dichlorométhane CH2-Cl2.
                                Plan

I.     Généralités.
II.    Nomenclature.
      Hydrocarbures saturés.
      Hydrocarbures insaturés.
      Composés contenant des fonctions organiques.
III.   Principales fonctions organiques.
      Alcools.
      Thiols.
      Aldéhydes/cétones.
      Acides carboxyliques.
      Amines.
      Dérivés halogénés
IV.    Principaux mécanismes réactionnels.
V.     Effets électroniques
      Effet inductif.
      Effet mésomère.
       Principaux mécanismes réactionnels

 Toutes les réactions en chimie organique sont le résultat d’un
  mécanisme simple ou de la combinaison de mécanismes
  simples.
 Addition: s’effectue sur une insaturation. Un réactif et son
  substrat se combinent pour former un seul produit (A+B→A-B)
Exemple: CH2=CH2 + Cl2 → CH2Cl-CH2Cl
 Élimination: un réactif donne deux produits, avec la formation
  d’une insaturation (A-B →A+B), souvent sous l’influence d’une
  température élevée.
Exemple: CH3-CH2-OH → CH2=CH2 + H2O
 Substitution: un réactif modifie et se lie sur son substrat pour
  obtenir une nouvelle molécule (A-B + C → A-C + B).
Exemple: CH3-CH2-OH + Cl- → CH3-CH2-Cl + OH-
 Exemple de combinaison de plusieurs mécanismes:
  estérification (cf. lycée): addition suivie d’une élimination.
             Rupture des liaisons simples

  Selon la polarisation de la liaison covalente simple (σ), plusieurs
   cas de figure sont possibles.
  Liaison non polarisée: atomes de même électronégativité, par
   exemple dans les alcanes. Il se produit une rupture
   homolytique: chaque atome prend un électron célibataire du
   doublet liant, ce qui produit des radicaux libres. L’effet des UV
   est souvent nécessaire.
R-R → R* + R* (R* représente un radical libre)
  Liaison polarisée: atomes d’électronégativité différente. Il se
   produit une rupture hétérolytique: l’atome le plus électronégatif
   garde les électrons du doublet liant (exemple: dérivés
   halogénés). Il se produit une ionisation.
R-Br → R+ + Br-

Rappel: l’électronégativité augmente de la gauche vers la droite
sur une même période, et du bas vers le haut sur une même
colonne.
Electronégativité
          Sites électrophiles/nucléophiles

 Un site électrophile (symbolisé E+) est pauvre en électrons, il va
  donc essayer de « gagner » des électrons provenant d’un
  composé nucléophile (noté Nu-).
 Un site nucléophile possède une densité électronique élevée, il
  est donc susceptible de réagir avec un composé électrophile
  avide d’électrons.
 Toute liaison polarisée contient un site nucléophile
  correspondant à l’atome le plus fortement électronégatif (charge
  partielle δ-) et un site électrophile (charge partielle δ+).
Exemple: au niveau d’une liaison alcool, l’oxygène très
  électronégatif est le site nucléophile, alors que le carbone moins
  électronégatif constitue le site électrophile.
 En chimie orga, les réactions portent souvent un nom selon la
  nature du réactif qui attaque le substrat.
Exemple: dans une addition électrophile, un alcène (substrat) subit
  d’abord une attaque par un réactif électrophile (H+, Cl+,
  Br+,…).
                                Plan

I.     Généralités.
II.    Nomenclature.
      Hydrocarbures saturés.
      Hydrocarbures insaturés.
      Composés contenant des fonctions organiques.
III.   Principales fonctions organiques.
      Alcools.
      Thiols.
      Aldéhydes/cétones.
      Acides carboxyliques.
      Amines.
      Dérivés halogénés
IV.    Principaux mécanismes réactionnels.
V.     Effets électroniques
      Effet inductif.
      Effet mésomère.
                        Effet inductif

  Concerne uniquement les électrons σ et traduit l’action de
   déformation du nuage électronique σ le long d’une liaison
   simple. Il peut être attracteur (I-) ou donneur (I+)
 Il augmente avec la différence d’électronégativité entre les deux
   atomes. Ex: l’effet inductif attracteur du fluor dans F-CH3 est
   supérieur à celui du chlore dans Cl-CH3.
  Il se propage le long d’une chaîne en s’atténuant (disparaît au
   bout de trois liaisons covalentes).
  Il est cumulatif et est représenté par une flèche au niveau de la
   liaison indiquant le sens du déplacement des charges.
  Exemples de groupements exerçant un effet inductif:
Donneurs: CH3-, CH2-CH3-, Li-, Na-,…
Attracteurs: Cl-, OH-, Br-,…
 Exemples: H3C       CH=CH2        F CH2 CH2 CH3
                     Effet mésomère

  Concerne les électrons et les électrons non liants (p). L’effet
   mésomère peut être donneur (M+) ou attracteur (M-).
  Il traduit l’action de déformation du nuage électronique dans
   un système conjugué permettant une délocalisation
   électronique.
  Il est plus intense qu’un effet inductif.
  Il se propage le long des liaisons conjuguées sans atténuation.
  Le phénomène de mésomérie (résonance) correspond à une
   stabilisation du système.
  Exemple de groupements impliqués dans un effet mésomère:
Donneurs: halogènes (par un de leurs doublets non liants),
   oxygène d’un alcool (idem), azote d’une amine (idem)…
Attracteurs: oxygène d’un aldéhyde ou d’une cétone, azote d’une
   imine…
                   QCM nº1: correction

a)   La molécule suivante porte le nom d’acide chloro-3
     butanoïque :

 Faux: le nom de cette molécule est l’acide chloro-2 butanoïque.
b)  Le suffixe correspondant à un alcool est –hydroxy.
Faux: hydroxy- correspond au préfixe, le suffixe est –ol.
c)  L’oxydation d’un alcool primaire conduit toujours à la
    formation d’une cétone.
Faux: on obtient en général un aldéhyde.
d)  Les amines, les imines et les thiols sont des composés azotés.
Faux: les thiols sont des composés soufrés.
e)  Les liaisons entre atomes de carbone du butane sont très peu
    ou pas polarisées.
Vrai: alcane donc liaisons peu polaires (rupture homolytique).
                 Réponse E (seule e est vraie).
                    QCM nº2: correction

a)  Mésomérie, conjugaison et résonance tiennent compte du même
    phénomène électronique.
Vrai: délocalisation électronique le long des liaisons .
b)  Une rupture hétérolytique se produit toujours au niveau d’une liaison
    entre atomes de même électronégativité.
Faux: le plus souvent entre atomes d’électronégativité différente (mais
    peut se produire entre atomes de même électronégativité dans des cas
    particuliers par l’influence d’effets inductif ou mésomère).
c)  Une addition se produit sur des liaisons simples.
Faux: se produit sur des insaturations pour former des liaisons simples.
d)  Un réactif nucléophile a tendance à réagir avec un composé dense en
    électrons.
Faux: le nucléophile est déjà dense en électrons, il cherche donc un site
    électrophile pauvre en électrons pour réagir.
e)  Sur le carbone α de la molécule ci-dessous s’exercent à la fois des
    effets inductifs donneur et attracteur.
Vrai: Cl attracteur, groupement alkyl donneur.
           Réponse B
              Bon courage…




Stage Pré-Universitaire - Septembre 2OO7

								
To top