CHIMIE ORGANIQUE GENERALE - DOC by kdq54459

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									APAD                                                                             ENSIACET - INPT



                        CHIMIE ORGANIQUE GENERALE
                                 Chapitre 1
                       GENERALITES ET NOMENCLATURE



A – GENERALITES

La chimie organique est la chimie des composés du C.
Elle concerne donc une infinité de domaines : protéines, sucres, graisses, pétrole, plastiques,
colorants, détergents, pharmacologie,.....
Cette chimie est devenue une chimie à part entière car le nombre de composés du C est
largement supérieur à celui de tous les autres éléments pris ensembles (cf : facilité
d'enchaînement des C entre eux pour former des chaînes linéaires, ramifiées, cycliques).
Dans les composés organiques on trouve principalement : C et H, mais aussi O, N, X, S, P et
plus rarement : As, Na, Li, Mg, Zn, Cd, Pb .....


I) Le C et ses HYBRYDATIONS :


       I.1) Le C :

C (Z = 6)      donc    1s2 2s2 2p2 donc bloc p

donc structure électronique :

Dans son état fondamental le C est tétravalent.

Le C n'a pas tendance à donner des ions
       C(g) ----> C4+(g) + 4 e-               E = + 6223 kJ/mol
       C(g) + 4 e- ---> C4-(g)                       A << 0                 donc impossible !
       DONC le C est stable

Son électronégativité est moyenne = 2,55      (or échelle de Pauling de 1 à 4)

Tout ceci fait qu'il a une forte tendance à la covalence.

On a vu que la valence la plus courante du C est la tétravalence.
Pour cette valence il existe 3 états d'hybridation : sp3 , sp2 , sp

       I.2) Les différentes hybridations du C :

Une orbitale hybride résulte de la combinaison linéaire de 2 ou plusieurs orbitales atomiques




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                                                                                           M. U.
APAD                                                                         ENSIACET - INPT




               I.2.1) Hybridation sp3 :

Dans la molécule de CH4 , les orbitales s des 4 atomes d’hydrogène se combinent aux
orbitales sp3 pour donner 4 liaisons covalentes C-H qui sont des liaisons sigma formant entre
elles un angle de 109,5°.


                   H      Recouvrement axial entre 1sH et

 109,5°                   sp3C => liaison  C-H



  H
                           H

           H


               I.2.2) Hybridation sp2 :


 sp2           p                                  p       sp2

               C          sp2 sp2                 C
                                                                     2 carbones hybridés sp2
                                                                     avec leurs orbitales p
                                                                     parallèles
sp2                                                         sp2


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                       H
                                                  H
                               C  C
                                                               Recouvrement de 2 orbitales p
                120°                                           => formation de la liaison 

                         H                      H

Remarque : OM CC perpendiculaire au plan des OM CH (OM : orbitale moléculaire).
         Il y a libre rotation autour des liaisons  mais pas autour des liaisons 

               I.2.3) Hybridation sp :




Remarque : pas de libre rotation autour de la triple liaison




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II) Les liaisons en chimie organique :


       II.1) Les liaisons de FORTE ENERGIE :


               II.1.1) La liaison COVALENTE :


C'est la liaison essentielle de la chimie organique.

On la trouve sous 2 "formes" :

       A° + °B  A-B


A        +         B              A      B (liaison donneur-accepteur ou dative ou de
coordinence)

Cas particulier de la liaison DATIVE :
        B, qui a un doublet électronique libre sur sa couche de valence, est une base de Lewis
(définition : tout corps capable de céder un doublet électronique libre); il est dit réactif
NUCLEOPHILE (aime les noyaux « + »).                  Notation : Nu-.
        Ex : anions, alcools, amines, cétones, .....

        A qui a une case quantique vide sur sa couche de valence est un acide de Lewis
(définition : tout corps capable de capter un doublet électronique libre pour former une
liaison) ; il est dit réactif ELECTROPHILE (aime les électrons). Notation : E+.
        Ex : AlX3, carbocations,         BF3,    H+, .....

Ordres de grandeur de LONGUEUR et d'ENERGIE des liaisons covalentes :
       en général : 1 angström et plusieurs centaines de kJ/mol
       Ex : C-C              d = 1,54 Å             E = 348 kJ/mol
              C=C            d = 1,34 Å             E = 606 "
              C      C       d = 1,02 Å             E = 811 "


               II.1.2) La liaison IONIQUE :

C'est une liaison minoritaire : on la trouve entre une espèce organique chargée et un ou
plusieurs contre-ions pour assurer l'électroneutralité de l'ensemble :
(A+;B-) forme un sel dans lequel A est l'atome le plus électropositif et B est celui le plus
électronégatif.
A+ et B- sont liés par interaction purement électrostatique.
Ex : sel d'acide organiques : éthanoate de sodium : CH3COONa c’est-à-dire CH3COO- et
Na+


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       II.2) Les liaisons de FAIBLE ENERGIE :

On rencontre les 2 types :
       - liaison H (elle consiste à une interaction électrostatique entre un H porté par un
atome électronégatif (en général O ou N) et un autre atome électronégatif)
       - liaison de Van der Waals

Elles se manifestent sous forme intermoléculaire et intramoléculaire.
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                       O       H   O
                                                                              O
                                           C   H
               H   C
                                                                              H
                           O   H       O                                  O



Elles permettent d'expliquer beaucoup de propriétés : constantes physiques (température de
fusion, d’ébullition, solubilité, etc…)


III) REPRESENTATIONS des molécules en chimie organique :


       III.1) Généralités :


La formule brute : donne les différents types d'atomes et leur nombre en indice (càd la
stœchiométrie).

       Ex :    urée        CH4N2O


La formule développée : précise l'enchaînement des liaisons entre tous les atomes, mais à plat.

               H N C N H
                 H O H
       Ex :


ATTENTION : les doublets électroniques libres sur les atomes concernés doivent être
dessinés


La formule semi-développée : donne l'enchaînement des groupements d'atomes
Cela permet souvent d'être plus clair et plus rapide.

       Ex :    H2N-CO-NH2




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MAIS toutes ces formules ne donnent pas l’arrangement des atomes dans l'espace, d'où la
nécessité de représentations spatiales des molécules.

Nous allons étudier l'ensemble de ces représentations en les classant par état d'hybridation du
carbone.


         III.2) Pour le C sp :

                    R C C R

La molécule est LINEAIRE :

                Ex : acétylène
                    H C C H

         III.3) Pour le C sp2 :


Le C sp2 est entouré de 4 liaisons (3 sigmas et 1 pi) coplanaires.


                III.3.1) 1ère possibilité : dans le plan de la feuille :


R1             R3
                                                    H           H
     C     C
                                                        C   C
R2             R4                 Ex : éthylène :   H           H




                III.3.2) 2ème possibilité : représentation PROJECTIVE :


Pour cette représentation on adopte les notations suivantes :

         a) liaison DANS le plan de la feuille :

         b) liaison à l'ARRIERE du plan de la feuille :

         c) liaison à l'AVANT du plan de la feuille :




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                                                                      R1

                                             plan : P 1
  oeil            C           C                                                       C            C
                                                                                                                         Dans P1


                                                                      R2                                   R3


           Oeil
                                   H                         H


                                             C      C



Ex :     l’éthylène                H                         H




                       III.3.3) 3ème possibilité : représentation de NEWMAN :


Dans cette représentation on observe la molécule suivant l'axe de la liaison C=C,
perpendiculaire au plan de la feuille, puis on la projette sur le plan de la feuille, en séparant
les 2 C éthyléniques par un disque dans le plan de la feuille :

                                                                           R1                                       R2
                                                                                R4            C1               R3


                                                   R3
                                                                                     plan de la feuille

                                                    C2           R4


                             R1         C1



                      OEIL             R2




C1 et C2 sont superposés, MAIS :
         C1 est à l’avant du disque qui coupe perpendiculairement la double liaison en son
milieu,
         C2 est à l’arrière de ce disque.
Le disque sert donc à différencier les substituants fixés sur C1 (position avant) de ceux fixés
sur C2 (position arrière).
Ex :
                       Cl                               Br

                                                                            Cl                                 H
       OEIL                   C1             C2                                  Br                       OH

                        H                               OH




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                                                                                                                                   S. T.-R.
                                                                                                                                     M. U.
APAD                                                                                                                 ENSIACET - INPT



       III.4) Pour le C sp3 :

              III.4.1) Pour un seul C :

                             III.4.1.1) 1ère possibilité : représentation PROJECTIVE


                                                                   Plan de la feuille


                                                                                        R1
                                                                     R2
                             R1

                                                        OU :


                    R2                  R4
                                                                        R3
                                  R3                                              R4




                                                                     P1      perpendiculaire au plan de la feuille




        R1 et R2 sont dans le plan de la feuille.
        R3 et R4 sont dans P1.
       Cette représentation permet de bien visualiser la symétrie des molécules.


                             III.4.1.2) 2ème possibilité : représentation de FISCHER et de CRAM
               Représentation de FISCHER :                                    Représentation de CRAM :

                                                                                               R1
                             R1



               R2                           R4                          R2                     C                R4



                             R3
                                                                                               R3
        Les C sont représentés par l'intersection des traits
        Les groupements à l'arrière du plan de la feuille sont reliés à C par un trait vertical
        Les groupements à l'avant du plan de la feuille sont reliés à C par un trait horizontal

 Par convention, la chaîne carbonée la plus longue est verticale avec la fonction la plus
                                   oxydée en haut.


Ex :
                                                                                        COOH
                                       COOH




                         H                       NH2                H                   C             NH2




                                       OH
                                                                                        OH




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                                                                                                                               M. U.
APAD                                                                             ENSIACET - INPT


                 III.4.2) Pour 2 atomes de C liés :


                     III.4.2.1) 1ère possibilité : représentation en PERSPECTIVE
                 CAVALIERE :


                                          R1
                                                 R4          R5




                                                       R6

                                    R2          R3


           Les traits verticaux ou horizontaux représentent des liaisons dans le plan de la
feuille
        Les traits obliques représentent des liaisons à l’extérieur du plan de la feuille (sans
préciser à l'avant ou à l'arrière)

Rem : comme il y a libre rotation autour de la liaison sigma C-C, on a une infinité de
représentations possibles. On choisit, en principe, une des 2 extrêmes :




                        III.4.2.2) 2ème possibilité : représentation PROJECTIVE :




                        III.4.2.3) 3ème possibilité : représentation de NEWMAN :


On regarde la molécule selon l'axe C-C perpendiculaire au plan de la feuille, puis on la
projette dans ce plan.




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                                                                                             M. U.
APAD                                                                                                                            ENSIACET - INPT


                                                                                         R1
                                                                                              R4

         R1                             R4

                 C1          C2
OEIL                                                                                     C1
                                                                       R5
       R2                                R5                                                        R6
                                                                     R2                                 R3
            R3                     R6

         Représentation ECLIPSEE                          Plan de la feuille




                                                                                                                                    R1


                                                    R1                         R4                                        R4
                                                                                                                                               R6
                                                         R1                          R4
                                                                                    R6        R6
                                                          C1     C
                                                                C1 2           C2
                                             OEIL                                                                                    C1

                                              R2     R2                                                                  R2                   R3
                                                          R3                             R5
                                                    R3                         R5                                                    R5
                                                         Représentation DECALLEE                              Plan de la feuille




                              III.4.2.4) 4ème possibilité : représentation de FISCHER et de CRAM

On représente la liaison C-C dans le plan de la feuille.
                      Représentation de FISCHER :                                             Représentation de CRAM :

                                                                                                        CHO
                                  CHO




                      Me                     H                                      Me                   C                  H



                      Cl                     H
                                                                                    Cl                   C                  H


                                  OH
                                                                                                         OH




                                                     CO - CHAPITRE 1 - page 10                                                            N. B.-P.
                                                                                                                                          S. T.-R.
                                                                                                                                            M. U.
APAD                                                                        ENSIACET - INPT


IV) Rappel des valences principales des atomes courants en chimie organique :


   symbole             nom                 Z                   valence
                                           6
    carbone             C                                    tétravalent        C
                                     1s2,2s2,2p6
                                          1
   hydrogène            H                                    monovalent         H
                                                1
                                           1s
                                            8                divalent +
    oxygène             O                                    2 doublets         O
                                     1s2,2s2,2p4

     soufre             S                  16                   idem             S

                                           7                 trivalent +
       azote            N                                     1 doublet         N
                                       2       2        3
                                     1s ,2s ,2p

   phosphore            P                  15                   idem             P

                                     9/17/35/53             monovalents +
   halogènes            X                                    3 doublets         X
                                           2        5
                                       ns ,np

  magnésium            Mg                  12                 divalent          Mg




                                 CO - CHAPITRE 1 - page 11                           N. B.-P.
                                                                                     S. T.-R.
                                                                                       M. U.

								
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