Cours Co-L1s1aefama
Cours Co-L1s1aefama
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LA MOLECULE LA REACTION
Sommaire:
Chapitre 3 : La stéréo-isomérie
1- Généralités
La chimie organique est la chimie du carbone et de ses composés, naturels ou synthétiques. Une
caractéristique du carbone consiste en l’aptitude qu’ont ses atomes à s’enchaîner les uns aux autres, par
des liaisons covalentes, d'une façon presque indéfinie, pour former des chaînes carbonées d’une grande
diversité. La chimie organique étudie en particulier leur structure, leurs propriétés, leurs caractéristiques,
leur composition, leurs réactions et leur préparation (par synthèse ou autres moyens).
De 1858 à 1861, chacun de leur côté, August KEKULE, Archibald Scoot COUPER et Alexander M. BUTLEROV
jetèrent les bases de l’une des théories les plus fondamentales de la chimie : la théorie structurale. Cette théorie
repose sur deux prémisses :
a- Dans les composés organiques, les atomes des éléments peuvent former un certain nombre déterminé de
liens. L’unité de mesure de cette capacité de réaliser des liaisons est appelée Valence. Ainsi, le carbone est
tétravalent, ce qui signifie qu’il peut former quatre liaisons. L’oxygène est divalent, et l’hydrogène ainsi que les
halogènes sont monovalents.
C O H Cl
b- L’atome de carbone peut employer une ou plusieurs de ses valences pour former des liaisons avec un ou
plusieurs autres atomes de carbone.
C C C C C C
Dans son article original, COUPER représenta ces liaisons par des traits semblables à ceux utilisés sur les formules
ci-dessus. Dans son manuel publié en 1861, KEKULLE donna à la chimie organique sa définition courante : l’étude
des composés du carbone
- Les formules les plus compliquées, formées de plusieurs centaines et même parfois de plusieurs milliers
d’atomes, ne comportent le plus souvent qu’un très petit nombre d’éléments différents. Beaucoup de composés
organiques ne renferment que du carbone et de l’hydrogène, et il est rare qu’une molécule organique comporte
plus de quatre ou cinq éléments différents. Les éléments constitutifs des molécules organiques sont, par ordre
de fréquence décroissant :
- Les quatre éléments C, H, O, N,
- Les non-métaux tels que Cl, Br, I, S, P, As,
- Des métaux tels que Na, Li, Mg, Zn, Cd, Pb, Sn….
3- Formation des liaisons
Les réactions chimiques font intervenir la formation de nouvelles liaisons mais aussi la rupture de liaisons. A ce
titre, on note deux types de rupture de liaison :
Hybridation
Une liaison chimique est donc un lien qui unit deux atomes entre eux, deux atomes d'oxygène, d'hydrogène, de
carbone ou bien un atome d'oxygène et un atome de carbone, etc... Deux atomes peuvent être liés entre eux par
une ou plusieurs liaisons. C'est le cas notamment pour les atomes de carbone. Si deux atomes de carbone sont
liés par deux liaisons on parle d'alcène, s'ils sont liés par trois liaisons on parle alors d'alcyne. L'atome de carbone
possède donc la propriété de se lier à quatre voisins et ceci grâce à son état d'hybridation, c'est-à-dire un état excité.
La configuration électronique d'un atome de carbone est la suivante : 1s22s22px12py12pz0. C'est alors qu'un des
deux électrons de la couche 2s est promu dans l'orbitale 2pz vacante de façon à obtenir l'état excité suivant :
1s22s12px12py12pz1. Les orbitales s et p n'étant pas équivalente en terme de stabilité, elles se combinent pour
former 3 orbitales p et 1 s on parle alors d'hybridation dans l'état sp3. Ainsi dans le méthane CH4, l'atome de
carbone est hybridé sp3 donc les quatre liaisons C-H sont identiques. Cas du méthane, étude au niveau orbitalaire.
Sur le même principe, pour les doubles liaisons l'hybridation est de type sp2, il y a alors 3 liaisons identiques sp2 et
une orbitale 2p non hybridée, cette orbitale forme ce que l'on appelle une liaison π, dans ce cas on a donc 3 liaisons
σ et 1 liaison π.
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- Formules semi-développées : Tout comme la formule développée elle représente les atomes et leurs liaisons
covalentes à l'exception des liaisons avec un hydrogène, ces derniers sont notés de manière condensée
(comme dans une formule brute) à côté du symbole de l'atome auxquels ils sont liés. Une telle formule à
l'avantage de permettre de représenter plus simplement et rapidement les molécules organiques (qui
contiennent souvent de nombreux hydrogène) tout en continuant à montrer leur structure.
Ex : éthanol = CH3-CH2-OH ;
Oxyde de diméthyle = CH3-O- CH3.
La seule règle à suivre pour écrire des formules planes exactes est de donner à chaque atome un nombre de
liaisons égal à sa valence.
5- Chaînes carbonées
La chaîne carbonée est l’ensemble des atomes de carbones liés entre eux dans la molécule.
La géométrie de la molécule peut également varier suivant que l’atome de carbone est engagé dans une simple,
double ou triple liaison.
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180
C 120 C C
Les différentes géométrie de l'atome de carbone engagé (a) simple, (b) double et (c) triple liaison.
Il y a donc une grande variété de géométries possibles, on ne pourra pas se contenter des formules brutes.
Les différents types de chaînes
Les molécules qui peuvent être entièrement écrites sur une ligne et ne comportent pas de groupes substituant sur
un côté sont dites chaînes linéaires.
Celles comportant des substituants sur le côté sont dites chaînes ramifiées. Les composés à chaînes linéaires et
ramifiées sont dits acycliques (pentane et 2-méthyl butane).
Ils existent aussi des chaînes cycliques, renfermées sur elles-mêmes comme des anneaux (cyclopropane,
cyclohexane).
H2
C
H2C CH2
H2
C H2C CH2
CH2
H2C C
H2
pentane 2-methylbutane Cyclopropane cyclohexane
Les chaînes cycliques peuvent être constituées exclusivement d’atomes de carbone, comme dans les exemples ci-
dessus ; ce sont alors des chaînes homocycliques. Elles peuvent aussi comporter un ou plusieurs atomes d’autres
éléments ; elles sont hétérocycliques.
O
H2C CH2
H2C CH2
H2C CH2
N H2C CH2
H O
Pyrrolidine Dioxane
Deux atomes de carbone peuvent aussi s’unir l’un a l’autre non pas par une liaison simple, comme dans les
exemples précédents, mais par une double liaison, ou par même par une triple liaison.
Ex:
H2
C
H3C C CH CH3 2HC C C CH2 H2C CH
H
H CH3
H2C C C CH
C
H2
Un compose ne présentant ni cycles, ni liaisons multiples dans sa chaîne carbonée sera dit aliphatique.
Remarque : Un carbone est dit :
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H H2
H3C C C C CH3
CH3 CH3
quarternaire secondaire
Pour simplifier la notation, nous utiliserons dorénavant le symbole R, qui désigne couramment une portion générale
d’une molécule organique. R est le symbole général utilisé pour représenter tout groupe alkyle. Ex :
Méthyle Me
CH3
CH3-CH2 Ethyle Et
CH3-CH2-CH2 Propyle Pr
CH3-CH-CH3 Isopropyle i-Pr
O
O O
CH3 C
Ph CH2 CH3 C Ph C
O
benzyle acétyle benzoyle acétate
La nomenclature permet de :
• Trouver le nom d’une molécule connaissant la structure,
• Trouver la structure d’une molécule connaissant le nom.
Les hydrocarbures saturés ne sont formés que de carbone et d’hydrogène.
Nom : préfixe correspondant au nombre de carbones de la chaîne + terminaison ane
Nomenclature des alcanes : La chaîne principale est celle qui possède le plus grand nombre de carbone. Les
indices indiquant l’emplacement des radicaux doivent être les plus petits possibles. Dans le nom, les substituants
ne prennent pas de e; terminaison yl. Les substituants sont placés avant le groupe principal. S’il y a plusieurs
groupes substituants, ils sont placés par ordre alphabétique (sans les préfixes multiplicateurs). S’il y a plusieurs fois
le même groupe dans la molécule, on utilise un préfixe :
H
C
H2C CH2
pont à deux = =
pont à deux carbone H2C
carbone
H2C CH2
C
H
tête de pont
bicycoheptane
Nomenclature : Dans les noms des bicycloalcanes, on indique entre crochets le nombre d’atomes de carbone de
chacun des ponts (en ordre décroissant de longueur). Par exemple
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H
C
H2C CH2 H2C CH
H2C = =
H2C CH2 HC CH2
C
H
- bicyclo [2.2.1]heptqne bicyclo [1.1.0]butane
S’il y a des substituants, on commence la numérotation à une tête de pont et on suit la chaîne la plus longue jusqu'à
la seconde tête de pont. Puis on suit la chaine non numérotée la plus longue, jusqu'à la première tête de pont. Le
pont le plus court est le dernier à être numéroté.
1 2 2
9 1
7 3
8 CH3 3 H3C 8
4
6 6
7
5 4 5
8-methylbicyclo [3.2.1]octane 8-methylbicyclo [4.3.0]nonane
Alcènes : Les alcènes sont les hydrocarbures acycliques possédant une double liaison C=C. Leur formule générale
est CnH2n. On les appelle également hydrocarbures éthyléniques, du nom du premier terme qui est l’éthylène,
H2C=CH2. La nomenclature des alcènes est assez simple puisqu’il suffit d’ajouter le suffixe <<ène>> à la position
de la double liaison pour nommer correctement un alcène.
Le nom d’un HC insaturé avec double liaison est formé par le préfixe de l’HC saturé correspondant. La terminaison
ane devient ène.
Ex. S’il y a plusieurs doubles liaisons :
Nb de doubles liaisons Terminaison
2 diène
3 triène
Alcynes : Les hydrocarbures acycliques qui comportent une triple liaison (une liaison σ et deux liaisons π) carbone-
carbone, formule générale CnH2n-2 sont les alcynes. On distingue, en raison de leurs caractères partiellement
différents deux types d’alcynes :
• alcynes vrais, ou vrais : R C C H
• alcynes disubstitués : R C C R'
Le nom d’un HC insaturé avec triple liaison est formé par le préfixe de l’HC saturé correspondant. La terminaison
ane devient ‘’yne’’
Hydrocarbures monocycliques saturés
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Le nom d’un HC monocyclique saturé se forme en accolant le préfixe cyclo- au nom de l’HC acyclique
saturé.
CH2
H2C CH2
cyclopropane cyclohexane
Les noms des radicaux sont obtenus en remplaçant la terminaison ane en yle (yl dans le nom).
CH
H2C CH2
cyclopropyle cyclohexyle
Hydrocarbures aromatiques : On parle de composés aromatiques lorsqu’une molécule répond à certains critères.
En effet, pour une molécule soit aromatique, il faut :
• Qu’il possède 4n +2 électrons π (n= 0, 1, 2, 3 etc..); c’est la règle de Hückel;
• Que tous les électrons π soient dans un même plan;
• Que les électrons π sont délocalisables ;
• Que la molécule soit cyclique.
• L’aromaticité est donc le fait de systèmes a 2, 6, 10, 14 etc., électrons п.
Le chef de file des composés aromatiques n’est autre que le benzène de formule brute C6H6. Il possède un
4n +2 électrons π avec n= 1. Tous les électrons π sont dans un même plan.
benzène
naphtalène anthracène
Substitution
8- du cycle : La substitution est indiquée par des nombres.
Les substituants ont les indices les plus bas possibles. Si un choix subsiste, on prend l’ordre alphabétique.
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1-butyl-3-éthyl-2-propylbenzène
Tous les composés représentés ci-après sont anti-aromatiques, ils possèdent tous 4n électrons π.
Groupes phényle et benzyle : Lorsqu’un cycle benzénique est relié au groupe d’atomes formant une molécule, il
est appelé groupe phényle. On peut le symboliser de plusieurs manières :
ou C6H5 Ou Ph ou Ar
La combinaison d’un groupe phényle et d’un groupe -CH2- donne le groupe benzyle.
CH3 C OH
CH3 O CH3 CH3
H2 CH O
Ces trois groupements confèrent aux molécules dans lesquelles ils se trouvent un ensemble de propriétés, différent
pour les trois mais caractéristiques de chacun d’eux. Toutes les molécules qui contiennent l’un de ces groupements
ont des propriétés analogues, et constituent une famille homogène. Cet ensemble de propriétés, liées à la présence
d’un groupement particulier d’atomes dans une molécule, définit une fonction et ce groupement porte le nom de
groupement fonctionnel.
Une même chaîne peut porter plusieurs groupes fonctionnels, soit identiques, soit différents.
Exemple :
OH OH
trois fonctions alcool focntions alcool et aldehyde
Fonction principale : Lorsqu'une molécule comporte deux ou plusieurs fonctions chimiques, l'une de ces
fonctions sera considérée comme fonction principale et les autres comme groupements.Ex:
HO CH2 CH COOH
NH2
Ce composé comporte trois groupes fonctionnels différents : acide carboxylique, amine et alcool. Le groupement
acide est la fonction principale et les deux autres sont considérés comme substituants.
Les fonctions chimiques sont classées selon leur valence. Une fonction est dite principale lorsqu’elle a la valence
la plus élevée.
Valence d'une fonction chimique : On appelle valence d'une fonction, le nombre d'atomes d'hydrogène
substitués sur le carbone fonctionnel par des hétéroatomes. Hétéroatome : atome autre que le carbone et
l'hydrogène. Exemple : O, N, S, halogène noté X : F, Cl, Br et I. Ex : N
C O H C O C O
Remarque : il ne faut pas confondre la valence d'une fonction avec. Celle d'un élément.
On appelle valence d'une fonction, le nombre d'atomes d'hydrogène substitués sur le carbone fonctionnel par des
hétéroatomes*.
*) Hétéroatome : atome autre que le carbone et l'hydrogène. Exemple : O, N, S, halogène noté X : F, Cl, Br et I.
Exemples:
N
C O H C O C O
ce dernier ne contienne pas plus d'oxygène que l'alcool et le passage d'un halogénure d'alkyle en hydrocarbure
(auquel on attribue la valence zéro) est une réduction.
Oxydation H
R CH2-OH R C O
Réduction
R X R H
Le classement des groupements fonctionnels par ordre de priorité décroissante est le suivant :
R C N (R ≠ H)
6 nitrile Nitrile cyano
7 aldéhyde R2 C H
al formyl
fonctions
O
bivalentes
8 cétone one oxo
R1 C R2
O (R1 et R2 ≠ H)
R1
R2 C OH
9 alcool ol hydroxy
R3 fonctions
R1 mono-
10 amine amine amino valentes
R2 N R3
Nomenclature des autres fonctions : Le principe est de considérer que toute molécule organique peut être vue
comme un alcane sur lequel peuvent se greffer des groupements fonctionnels.
§ On détermine le groupe le plus oxydé qui sera suffixe ;
§ La chaîne principale sera déterminée de manière suivante :
- Comprendre le groupe principal,
- Avoir le maximum de liaisons multiples,
- Avoir la chaîne la plus longue.
§ On numérote les atomes de carbone de la chaîne la plus longue de manière à affecter les indices les plus petits
possibles au groupe principal.
§ Le nom de base sera celui de l’alcane correspondant.
§ Les autres substituants sont nommés par des préfixes, par ordre alphabétique et affectés des indices précisant
leur position sur la chaîne carbonée.
§ Les indices se placent avant le nom du groupe fonctionnel.
§ Les acides carboxyliques
§ Les acides carboxyliques partagent la formule générale R-COOH. Le groupe fonctionnel caractéristique –COOH,
de cette classe est appelé groupe carboxyle.
Série acyclique : L'acide est nommé en remplaçant le "e" final du nom de l'hydrocarbure correspondant par "oïque" et
en faisant précéder le nom ainsi obtenu du mot acide. La chaîne principale de l'hydrocarbure est choisie de telle façon
qu'elle contienne le groupe -COOH, puis d'après les critères habituels. L'atome de carbone du groupe -COOH (carbone
fonctionnel) porte toujours le numéro 1. Ex :
CH3-CH2-CH2-COOH CH3-CH2-CH-CH2-COOH CH3-CH2-CH2-CH2-C-CH CH COOH
CH3 CH2
acide propanoïque acide 3-méthylpentanoïque acide 4-pentylpenta-2,4-diénoïque
Lorsque deux groupes -COOH sont les groupes principaux d'un composé (diacide), l'acide est nommé en remplaçant
le "e" final du nom de l'hydrocarbure correspondant par "dioïque " et en faisant précéder le nom ainsi obtenu du mot
acide. La chaîne principale de l'hydrocarbure est celle qui contient les groupes -COOH. L'atome de carbone de l'un des
groupes -COOH est numéroté 1, le choix étant effectué selon les critères habituels (chaîne, puis ensemble des indices
des substituants).
CH3
HOOCH-CH2-CH-CH2-CH-COOH
C2H5
acide 2-éthyl 4-méthylhexan-1-6-dioïque
Série cyclique : Lorsque le groupe -COOH est porté par un cycle, le nom de l'acide est obtenu en ajoutant la
terminaison carboxylique au nom du composé dans lequel -COOH est remplacé par H et en faisant précéder le nom
ainsi obtenu du mot acide. Le carbone du cycle portant le groupe -COOH est numéroté 1. Ex:
H 3C COOH COOH
Les anhydrides d'acide : Les anhydrides symétriques d'acides mono-carboxyliques non substitués sont nommés en
remplaçant le mot acide par le mot anhydride. Exemples :
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CH3-C O C-CH3 O C
C
O O O O
anhydride éthanoïque anhydride cyclohexane carboxylique
Les anhydrides mixtes (substituants différents) sont nommés en faisant suivre le mot anhydride du nom des deux
acides, privés du mot acide, séparés par un tiret et cités dans l'ordre alphabétique. Ex :
CH3-C O C-CH2-CH3
O O
anhydride éthanoïque-propanoïque
Les anhydrides cycliques sont nommés, comme les anhydrides symétriques, on se réfère au nom du diacide
correspondant. Ex :
O O
O
anhydride butanedioïque
Esters : Les esters sont nommés en remplaçant, dans le nom de l'acide, la terminaison "ique" par la terminaison "ate "
et en faisant suivre le mot ainsi obtenu du nom du groupe greffé à l'oxygène lié par la proposition de. On élimine
également le mot acide.
Exemples :
CH3
CH3-CH2-C O-CH2-CH3 CH3 CH C CH C-O-CH2-CH2-CH-CH3
2 C O CH2
O O O CH3
Propanoate d'éthyle 3-méthylpent-3-énoate de benzyle cyclopentane carboxylate de 3-méthylbutyle
Les halogénures d'acides ou d'acyles : Le remplacement dans un acide carboxylique, du groupe -OH par un halogène
X (F, Cl, Br, I), engendre un halogénure d'acide. Leur nom dérive de celui de l’acide carboxylique en remplaçant « ique »
par «yle» et acide par « halogénure » (fluorure, chlorure, bromure, iodure). Le nom usuel du groupe alcoyle R-CO- est
acyle, d'où la nomination halogénure d'acyle.
Cl
CH3-CH2-C C Br
O O
chlorure propanoyle bromure benzoyle
Les amides : La fonction amide dérive de la fonction acide carboxylique par remplacement formel du groupe hydroxyle
-OH par - NH2.Dans ce cas, on parle d’amides primaires. Elles sont nommées à partir du nom de l'acide correspondant
en supprimant le mot acide et en remplaçant la terminaison ique ou oïque du nom de l'acide par amide.
Dans la famille des amides, le groupement fonctionnel est toujours en fin de chaine carbonée donc en position. Comme
pour les aldéhydes, l'indice 1 est omis.
Lorsqu’ un amide primaire est monosubstituée sur l’atome d’azote N (on parle alors d’amides secondaires), son nom est
obtenu en faisant précéder le nom de l'amide non substituée du nom du substituant précédé du préfixe N- et suivi d’un
tiret. Lorsqu’ 'une amide primaire est disubstituée sur l’atome d’azote par deux substituants différents, son nom est obtenu
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en faisant précéder le nom de l’amide non substituée du nom des substituants précédés du préfixe N- cités dans l’ordre
alphabétique, séparés par un espace, le dernier étant suivi d’un tiret.
R2
R C NH2 R1 C NH R2 R1 C N
O O O R3
amide primaire amide secondaire amide tertiaire
Exemples :
CH3
CH3 C N
CH3-CH2-CH C NH2 CH3-CH2-CH2-C NH CH2
O CH3
O O
N,N-diméthyléthanamide
2-phényl butanamide N-benzylbutanamide
C2H5
C3H7-CH C N
CH3 O CH3
Les composés R-C≡N dérivant d'un acide dont le nom se termine par carboxylique sont nommés à partir du nom de
l'acide en supprimant le mot acide et en remplaçant carboxylique par carbonitrile.
Exemple :
C N
cyclohexane carbonitrile
Les nitriles considérés comme dérivant d'un acide dont le nom est usuel sont nommés à partir du nom de l'acide en
supprimant le mot acide et en remplaçant la terminaison "ique " ou "oïque " par "onitrile ".
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CH3 CH2 CH C N C N
C N
acétonitrile acrylonitrile benzonitrile
Lorsque le groupe -C≡N ne constitue pas le groupe principal, il est nommé comme un substituant appelé cyano.
Exemple :
C N
CH3-CH2-CH COOH
acide 3-cyanobutanoïque
Les aldéhydes et les cétones
Les aldéhydes et les cétones referment un groupe carbonyle dans lequel un carbone partage une double liaison avec un
oxygène.
C O
groupe carbonyle
Les aldéhydes
Les aldéhydes sont désignés par la formule générale suivante :
H
R C
O
Lorsque le groupe -CH=O est le groupe principal d'un composé et que celui-ci n'est pas porté par un cycle, l'aldéhyde est
nommé en remplaçant le "e" final de l'hydrocarbure correspondant par "al ". La chaîne principale de l'hydrocarbure est
choisie de telle façon qu'elle contienne le groupe -CH=O, puis d'après les critères habituels.
L'atome de carbone du groupe -CH=O porte le numéro 1.
Exemples :
H CH3
CH3-CH2-CH2-CH2-C CH3 CH2 C CH CHO
O
butanal 3-méthylpent-3-énal
Lorsque le groupe -CH=O est porté par un cycle, le nom de l'aldéhyde est obtenu en ajoutant la terminaison carbaldéhyde
au nom du composé dans lequel -CH=O est remplacé par H.
L'atome de carbone du cycle portant le groupe -CH=O est numéroté 1.
Exemple :
H
C
O
cyclohexane carbaldéhyde
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Il existe des aldéhydes portant un nom non systématique. On remplace la terminaison "oïque" des acides dont ils dérivent
par aldéhyde et on supprime le mot acide.
Exemples :
H H H
H-C CH3 C C
O O O
formaldéhyde ou formol acétaldéhyde benzaldéhyde
Les cétones : Les cétones sont désignées par la formule générale suivante :
R C R'
O
Le nom d'une cétone acyclique est formé en ajoutant au nom de l'hydrocarbure correspondant, le suffixe "one "
éventuellement précédé d'un préfixe multiplicatif convenable. La numérotation de la chaîne principale est choisie de
telle façon que l'ensemble des indices des atomes de carbone portant un oxygène doublement lié soit le plus
bas possible. Exemples :
O O
CH3-CH2-CH2-C CH3 CH3 CH -CH CH-C-CH
2 3 CH3-C CH2-C-CH2-CH3
1-cyclohexylbutan-2-one
Les cétones cycliques sont nommées selon la même méthode que les cétones acycliques. Exemples :
O O
O
cyclopentanone cyclohexane-1,4-dione
Comme dans tous les composés organiques, certaines cétones possèdent des noms usuels.
Exemples :
CH3-C-CH3 CH2 C O
O
acétone cétène
Dans la nomenclature usuelle, on peut également nommer les cétones en faisant précéder le mot cétone du nom des
substituants du C=O, cité dans l'ordre alphabétique et séparés par un espace. Si les deux substituants sont identiques,
on utilise un préfixe multiplicatif convenable.
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Ex : Quand la molécule possède une autre fonction prioritaire, on utilise le préfixe "oxo " pour désigner O= lié à un
carbone. Ex :
H O C OH
CH3-C-CH2-CH2-CH2-CH2-C
O O
O 6-oxoheptanal Acide 4-oxocyclohexane carboxylique
CH3-C-CH2-CH3 C CH2-CH3 C
O O O
éthyl méthyl acétone éthyl phényl cétone ou diphényl cétone ou benzophénone
acétophénone
Les alcools sont nommés en ajoutant le suffixe "ol ", au nom du composé fondamental. La chaîne carbonée la plus longue
doit contenir le groupe – OH. Le suffixe devient « anol». La position du groupe – OH est précisée par un nombre qui
précède « ol » dans le suffixe. Ce nombre doit être le plus petit possible et devient prioritaire par rapport aux indices
correspondant aux ramifications. Ex :
OH
CH3-C-CH3 OH HO-CH2-CH2-CH-CH2-CH3
CH2-OH
CH3-OH CH3 OH
méthanol 2-méthyl propan-2-ol alcool benzylique cyclohex-2-én-1-ol pentane-1,3-diol
OH H HO COOH
CH3-CH2-CH2-CH-CH2-C
O
3-hydroxyhexanal acide 4-hydroxycyclohexane-1-carboxylique
Les phénols : On appelle phénol tout composé dont le groupe -OH est le groupe principal, à condition que ce dernier
soit porté par un carbone appartenant au cycle d'un composé aromatique.
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OH OH
OH OH
H3C OH HO OH
OH HO
HO OH
phénol m-crésol pyrogallol pyrocatéchol résorcinol hydroquinone
Le nom des autres phénols, est obtenu en ajoutant le suffixe "ol ", éventuellement précédé d'un préfixe multiplicatif
convenable, au nom de l'hydrocarbure correspondant.
NO2
HO OH OH
OH O 2N NO2
benzène 1,2,4-triol 2,4,6-trinitrophénol
( acide picrique )
Groupes univalents dérivés des alcools et des phénols : Les groupes obtenus à partir des alcools et des phénols par
enlèvement de l'hydrogène du groupe hydroxyle (-OH) sont nommés en ajoutant le suffixe "oxy " au nom du groupe porté
par l'atome d'oxygène, avec élimination du "e" final.
Exceptions : les formes contractées ci-dessous sont recommandées pour les groupes indiqués.
Anions dérivés des alcools et des phénols : Les anions obtenus à partir des alcools et des phénols par enlèvement
d'un proton du groupe hydroxyle sont nommés en remplaçant la terminaison "ol" du nom de l'alcool par "olate ".
Exemples :
CH3-O- CH3-CH-CH3 O-
O-
méthanolate propan-2-olate phénolate
CH3-O-Na CH3-CH-CH3
O-Na
méthanolate de soduim propan-2-olatede sodium
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Les amines : Les amines sont des composés azotés dérivés de l’ammoniac qui portent des substituants alkyles au lieu
de substituants hydrogènes. Les amines sont également classifiées en amine primaires, secondaires et tertiaires. Cette
classification s’appuie sur le nombre de groupes organiques attachés à l’atome d’azote.
R NH2 R1 N R2 R1 N R2
H R3
amine primaire amine secondaire amine tertiaire
Amines primaires : Elles sont nommées (de façon analogue aux alcools) en ajoutant le suffixe "amine ", éventuellement
précédé par un préfixe multiplicatif convenable, au nom du composé fondamental. Exemples :
NH2
NH2
NH2 CH3 C CH3
CH3 NH2 C2H5
H3C
méthanamine éthanamine 2-méthyl propan-2-amine aniline
hexane-1,6-diamine 4-méthylcyclohexan-1-amine
Lorsque -NH2 ne constitue pas le groupe principal, il est nommé comme un substituant appelé "amino ".
Exemples :
NH2
CH3-CH-CH2-COOH
acide 3-aminobutanoïque
Amines secondaires et tertiaires : Quand ces amines sont symétriques (les substituants fixés sur l'azote sont
identiques), elles sont nommées en ajoutant la terminaison "amine " au nom du groupe lié à l'azote, muni d'un préfixe
multiplicatif convenable. Exemples :
CH3
CH3 NH2 C2H5 NH C2H5 H3C N
CH3
méthanamine diéthanamine triméthanamine
Les amines secondaires et tertiaires non symétriques (dont les substituants fixés sur l'azote ne sont pas identiques), sont
nommées en considérant les groupements les moins complexes portés par l'azote comme substituants, leurs noms seront
précédés par la lettre N-. Ex :
CH3 CH3
CH3-CH2-CH2-CH2 CH2 N CH2-CH3 CH2 N
NH-C2H5 CH3
N-éthyl N-méthylpentanamine N,N-diméthyl-benzylamine
N-éthylaniline
Les éthers-oxydes : Les éthers partagent la formule générale R-O-R ou R-O-R’ dans laquelle R’ représente un groupe
alkyle (ou phényle) différent de R.
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Quand l'éther est symétrique (R=R' dans la formule R-O-R’), on fait suivre le mot éther de l'adjectif dérivant du nom des
groupes liés à l'oxygène.
CH3-O-CH3 C2H5-O-C2H5
Oxyde de diméthyle oxyde diéthylique ou éther
appelé couramment « l'éther »
Si l'éther est mixte (R≠R' dans la formule R-O-R'), on utilise le mot "oxyde " auquel on ajoute les noms des groupements
cités dans l'ordre alphabétique. Ex :
CH3 O CH CH2 CH3-CH2-CH2-O-CH2-CH3
oxyde de méthyle et de vinyle oxyde d'étyle et de propyle
H2C
O
H2C O
oxyde d'éthylène Tetrahydrofurane (THF)
Les halogénures d'alkyles ou composés halogénés : Les halogénures sont des composés dans lesquels au moins un
atome d’halogènes (fluor, chlore, brome ou iode) remplace un des atomes d’hydrogène de l’alcane. Les halogénures sont
classifiés comme étant primaires, secondaires ou tertiaires. Cette classification repose sur le nombre de carbone auquel
est rattaché l’halogène. Les dérivés halogénés des hydrocarbures sont nommés comme des hydrocarbures substitués.
Ces substituants (F: fluoro, Cl: chloro, Br: bromo, I: iodo) sont toujours cités en préfixe, précédés ou non d'un préfixe
multiplicatif.
Cl
CH3-CH-CH2-CH2-CH3 CH2 CH CH CH2-C N
Br
3-chloropent-4-ène-1-nitrile
2-bromobutane
ou
3-chloropent-4-ènenitrile
Organométalliques : Ce sont des composés dans lesquels un métal (alcalin : Na, Li... ou divalent Mg, Cd, Zn...)
est directement lié à un ou plusieurs carbones d'une molécule organique. Les organomagnésiens sont des composés
organiques possédant une liaison carbone magnésium, ils font partie de la famille des organométalliques.
Les organomagnésiens mixtes, aussi appelé réactifs de Grignard, ont pour structure commune : R—Mg—X, avec R la
chaîne carbonée, Mg l'atome de magnésium, et X un atome halogène — principalement Cl, Br ou I, plus rarement F de
par la faible polarisabilité du difluor F2.
Leur importance en synthèse est considérable ; parmi eux, les organomagnésiens (découverts par GRIGNARD prix
Nobel en 1912) sont très utilisés.
Du fait de leur extrême basicité, les organomagnésiens n'existent pas à l'état naturel. Le bilan global de la synthèse est
le suivant :
Ether ou THF
R X + Mg R Mg X
anhydre
Ether Ou THF
C2H5 Mg Br + Mg Br + C2H6
anhydre
Noms triviaux : Un certain nombre de composés courants ont des noms d’usage qui ne rentrent dans aucune
nomenclature systématique (exemple ci-après).
H3C C CH3 C2H5OC2H5 CH3Cl CH2Cl2 Ph C CH2
H
O
acétone éther chloroforme chlorure de methyléne styréne
NB
Nomenclature des positions voisines d'une fonction donnée : on regarde une fonction donnée, puis l'atome de
carbone (ou un O, N, S, etc.) voisin est appelé position α, et ainsi de suite.
Isomérie de constitution
La constitution d'une molécule précise la nature et les modes d'union des atomes formant cette molécule, en incluant la
multiplicité des liaisons (double, triple liaison,) sans tenir compte de leur disposition dans l'espace.
L’isomérie de constitution (ou isomérie plane) correspond aux isomères ayant même formule brute mais des
enchaînements d'atomes différents ; ils ne sont pas constitués des mêmes fonctions chimiques.
Isomérie de chaîne : elle représente les isomères qui diffèrent par leur chaîne carbonée (squelette). Ces isomères sont
caractérisés par des propriétés chimiques identiques mais des propriétés physiques différentes ;
C4H10 C6H12
C3H8O C3H7Cl
H
CH3 C CH3 CH3 CH2 CH2-OH CH3 CH2 CH2-Cl CH3 CH CH3
OH
Propan-1-ol Cl
Propan-2-ol alcool I 1-chloropropane 2-Chloropropane
alcool II
Isomérie de fonction : elle représente les isomères dont les groupes fonctionnels sont différents, donc de propriétés
physiques et chimiques différentes.
C3H6O
C6H12
CH3 C CH3 CH3 CH2 C H
O O
Fonction cétone Fonction aldéhyde Cyclohexane Hex-1-ène
Tautomérie : C’est la transformation d’un groupe fonctionnel en un autre par déplacement (migration) facile et rapide
d’un atome d’hydrogène entre deux atomes. Les deux formes tautomères coexistent et sont en équilibre chimique, ce
sont deux isomères de fonction particuliers : On dit alors que ce sont des formes tautomères.
Exemples :
CH3 C H CH2 CH
O OH
éthanal éthènol
H H
CH3 C CH COO C2H5 CH3 C C COO C2H5
O OH
Cetone Enol
Les cas de tautomérie les plus importants consistent, comme dans l’exemple précédent, en une migration d’hydrogène
d’un atome sur un autre (prototropie).
O OH
Isomérie des dérivés du benzène : Les benzènes monosubstitués n’ont pas d’isomères, car tous les carbones du noyau
benzénique sont équivalents. Les benzènes disubstitués existent sous forme de trois isomères qui se distinguent par la
disposition relative des substituants.la position des substituants est indiquée à l’aide des préfixes, ortho, méta et para ou
avec des chiffres.
X
X X
X
X
X
Nomenclature : On ajoute la terminaison benzène aux noms des radicaux formant les chaînes latérales, pour beaucoup
d’entre eux on emploie des noms triviaux.
H3C CH3
C2H5 CH3
CH
CH3
CH3
CHAPITRE 2 : STEREOCHIMIE
Les isomères sont des espèces chimiques de même formule brute qui diffèrent par :
- L’ordre ou la nature des liaisons (isomérie de constitution),
- Ou par la disposition des atomes dans l’espace (stéréo-isomérie).
L’isomérie est la relation qui existe entre deux isomères.
Dès 1870 environ, il est apparu qu’une formulation plane était insuffisante pour distinguer des molécules, qui à priori
correspondent à des édifices tridimensionnels. (L’atome de carbone tétraédrique a été proposé par Le Bel et Van’t Hoff
en 1874).
La stéréochimie s’intéresse à la disposition des atomes d’une structure chimique dans l’espace. Elle dérive de la théorie
de la liaison chimique et son importance est considérable dans l’étude des mécanismes réactionnels (c’est le domaine
de la stéréochimie dynamique).
1. Définitions.
Les stéréo-isomères diffèrent uniquement par la disposition de leurs atomes dans l’espace. L’étude de la stéréo-
isomérie est d’une importance majeure en chimie organique. En effet, deux molécules A et B qui paraissent semblables
quand on voit uniquement leur formule semi-développée plane, peuvent avoir des réactivités chimiques ou des activités
biologiques totalement différentes en fonction de la disposition des atomes dans l’espace tridimensionnel.
Les stéréo-isomères ne sont pas des isomères de constitution, car la séquence d’enchaînement de leurs atomes est la
même. Les stéréo-isomères diffèrent uniquement par la disposition de leurs atomes dans l’espace. Ils se décomposent
en deux types de stéréochimie : de conformation et de configuration.
2. Géométrie des molécules organiques (formules structurales tridimensionnelles)
La géométrie des molécules peut se définir de deux façons :
- Le squelette c'est-à-dire la position relative dans l’espace des centres des atomes, décrite par un réseau de points
et les segments qui les relient, conformément à l’enchainement des liaisons. Ce squelette se définit par des distances
de centre à centre et des angles.
d O
H H
- La forme extérieure, c'est-à-dire la forme de l’espace occupé réellement par la molécule, et dans lequel ne peut
pénétrer une autre molécule. Cette forme se décrit par le rayon des sphères auxquelles peuvent être assimilés chacun
des atomes.
a- Représentation en perspective cavalière
En général on ne s’intéresse qu’à la géométrie du squelette et on utilise divers procédés conventionnels pour représenter
schématiquement l’orientation des liaisons dans l’espace.
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). 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 :
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Remarque : La représentation tridimensionnelle d’un atome tétraédrique implique que les deux liaisons dans le plan de
la page soient séparées par un angle de 109˚ et que, dans le but d’obtenir une perspective, on indique les deux autres
liaisons à l’aide d’un biseau plein et d’un biseau hachuré presque côte à côte. En principe, on utilise la notation
tridimensionnelle lorsqu’il est nécessaire de spécifier la configuration d’une molécule
Exemple : méthane et éthane
H
H H
H H H
H
H
C
H C H
H H
H H H H
H H H
H
b- Représentation de Cram
Donald James Cram (chimiste américain, 1919-2001) a introduit une méthode de représentation utile notamment pour
figurer la géométrie tétraédrique dans un plan. Conventions de la représentation de Cram.
- i) trait normal : liaison située dans le plan ;
- ii) trait allongé plein : liaison entre un atome situé dans le plan et un atome situé en avant de ce plan ; iii)
Trait allongé hachuré : liaison entre un atome situé dans le plan et un atome situé en arrière de ce
plan. On place généralement la chaîne hydrocarbonée la plus longue dans le plan de la figure (représentation A).
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c- Représentation de Newman
Melvin Spencer Newman (chimiste américain, 1908-1993) a proposé de projeter une molécule organique dans un plan,
suivant l’axe d’une liaison entre deux atomes de carbone. Cette représentation est utilisée pour montrer la disposition
relative des liaisons formées par deux atomes adjacents. Elle montre la façon dont on verrait ces liaisons si l’on regardait
la molécule dans l’axe de la liaison qui unit ces deux atomes ; c’est une sorte de projection de la molécule sur un plan
perpendiculaire
- Les liaisons de l’atome le plus proche (de l’observateur) sont représentées par des segments partant du même point,
formant des angles de 120°.
- Le second carbone (le plus éloigné de l’observateur), éclipsé par le premier, est représenté par un cercle. Les liaisons
de cet atome sont représentées par des segments s’arrêtant à la périphérie du cercle.
La Projection de Newman d'un compose organique permet d'étudier ses différentes conformations (on passe d'un
conformère a un autre par rotation autour d'une liaison simple C-C).
Exemple: l'acide 2,3-dihydroxybutanoique (CH3-CHOH-CHOH-COOH)
Les substituants peuvent être en position éclipsée (c'est-à-dire l'un derrière l'autre) mais c'est une position peu stable à
cause de l'encombrement stérique. Ou bien en position décalée, c'est la position la plus stable.
Ex. PhCHBr–CDCl–CH=CH2
3- Stéréo-isomérie conformationnelle
Les conformations d’une molécule sont les différentes dispositions de ses atomes dans l’espace qui ne se différencient
que par des rotations autour de liaisons simples.
Les diverses conformations d’une molécule donnée ne sont pas séparables à température ambiante. On passe de l’une
à l’autre par simple rotation, ou torsion sans rupture de liaisons.
- Conformations autour d’une liaison simple carbone – carbone.
La conformation d’une molécule autour d’une liaison simple C—C est décrite en donnant l’angle de torsion α, entre deux
groupes choisis sur chacun des deux atomes (figure ci-contre).
Aspect énergétique
Il a fallu attendre 1935 pour que soit confirmée l’idée que la rotation affecte l’énergie de la molécule. La rotation n’est pas
réellement libre : elle est possible, mais gênée. Les variations de l’énergie potentielle de la molécule en fonction de l’angle
α mettent en évidence les différentes conformations de cette molécule.
- On désigne par conformère une conformation correspondant à un minimum (absolu ou relatif) d’énergie
potentielle. La hauteur de la barrière d’énergie (différence) 𝜟𝑬𝑷 = (𝑬𝑷)𝒎𝒂𝒙 − (𝑬𝑷) 𝒎𝒊𝒏) 𝒆𝒔𝒕 telle
que, aux températures ordinaires, du fait des chocs (agitation thermique), une molécule peut prendre toutes
les conformations possibles. Typiquement 𝞓 Ep est de l’ordre de 5 à 10 kJ/mol.
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- Les conformations éclipsées sont moins stables que les conformations décalées car les interactions y sont
les plus fortes (gêne stérique très faible, mais répulsions des e- des liaisons C—H).
Conformations de quelques composés acycliques.
La molécule d’éthane
La molécule de butane
5- Isomérie configurationnelle
a- Chiralité et énantiomérie
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Un objet chiral, en particulier une entité moléculaire chirale, n'est pas superposable à son image dans un miroir plan.
C'est le cas de chacune des coquilles d'escargots représentées ci-dessous. La chiralité est une caractéristique intrinsèque
d'une entité moléculaire liée à l'absence de certains éléments de symétrie. Le mot chiralité vient du grec « Cheir » qui
signifie main (cf. chiromancie). Les molécules dissymétriques ou asymétriques sont donc chirales. En pratique si une
molécule présente un plan de symétrie ou un centre de symétrie elle n’est pas chirale on dit qu’elle est achirale.
1)Définition de l’énantiomérie
Deux isomères sont appelés énantiomères s’ils sont images dans un miroir et non superposables.
Attention : L’énantiomérie est un cas particulier de stéréo-isomérie de configuration. Pour conclure que deux molécules
sont énantiomères, il faut vérifier d’abord qu’elles ne peuvent être superposables dans aucune de leurs conformations.
Puis trouver une conformation où elles sont images l’une de l’autre dans un miroir.
2) Définition de la chiralité d’une molécule :
Lorsqu’on tente de représenter ou de construire un modèle moléculaire du 1bromo-1-chloroéthane, on s’aperçoit qu’il
existe deux possibilités, et que les deux molécules obtenues sont images l’une de l’autre dans un miroir (on parle d’images
spéculaires). Il s’agit de molécules différentes : elles ne sont pas superposables. Ces stéréo-isomères de configuration
particuliers sont appelés des énantiomères.
La configuration d’une molécule de constitution donnée est la disposition de ses atomes dans l’espace, sans tenir compte
des rotations ou torsions autour des liaisons simples.
Une configuration donnée peut ainsi présenter différentes conformations. Deux isomères de configuration différente sont
séparables. Pour passer d’une configuration à une autre, il faut rompre des liaisons.
Une molécule non superposable à son image dans un miroir, c’est-à-dire une molécule qui possède un énantiomère, est
dite chirale. Ainsi, chacun des deux isomères du 1-bromo-1-chloroéthane écrit précédemment est une molécule chirale.
Le bromoéthane est une molécule achirale (non chirale) car elle est superposable (identique) à son image dans un miroir.
Activité optique
La plupart des énantiomères possèdent des propriétés physicochimiques identiques (capacité calorifique, températures
de fusion et d’ébullition, masse volumique…), à l'exception de leur pouvoir rotatoire. Deux énantiomères purs font dévier
le plan de la lumière polarisée d’une valeur égale mais en sens opposé. On dit que ces molécules sont optiquement
actives ou douées de pouvoir rotatoire :
L'énantiomère faisant tourner le plan de polarisation de la lumière vers la droite est dit dextrogyre, note (d) ou (+) ; (« qui
tourne à droite », en latin dextro : droite). Celui faisant tourner le plan vers la gauche est dit lévogyre, note (l) ou (-) ; («
qui tourne à gauche », en latin laevus : (gauche).
Un mélange racémique est optiquement inactif car il contient les deux énantiomères en quantité équimolaire et a un
pouvoir rotatoire nul. Le "racémique" est note (±) α =0. 1-Description du phénomène Quand une substance optiquement
active est traversée par un faisceau de lumière polarisée, elle provoque une rotation du plan de polarisation de cette
lumière d'un angle α qu'on peut mesurer expérimentalement grâce à un polarimètre. La rotation de la polarisation de la
lumière polarisée rectilignement fut observée par Jean-Baptiste Biot (1817). Le polarimètre est un appareil qui utilise
la lumière dite polarisée (lumière qui n’évolue que dans un plan, appelé le plan de polarisation). Il est
constitué d’une cuve de longueur l, remplie d’une solution d’un énantiomère a la concentration C :
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α est proportionnel à la longueur de la cuve contenant la substance optiquement active et à la concentration de la solution.
α dépend également du solvant, de la longueur d’onde de la lumière et de la température. Pour chacun des 2
énantiomères d'une molécule chirale, on définit un pouvoir rotatoire spécifique.
On montre qu’une molécule contenant un atome asymétrique et un seul est nécessairement chirale. Pour cette raison,
un atome asymétrique est parfois qualifié de stéréocentre, puisqu’il est très souvent à l’origine de l’existence de stéréo-
isomères de configuration. NB- dès qu’il y a plusieurs atomes asymétriques, la molécule n’est pas forcément chirale.
Comme l’exemple du 3,4-dichloro-3,4diméthylhexane, achiral, qui possède deux atomes asymétriques mais est achiral :
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Bien entendu, l’image dans un miroir d’un atome de descripteur R est un atome de descripteur S et vice-versa. On dit
qu’il existe deux configurations absolues autour d’un atome asymétrique.
Le descripteur R ou S, placé entre parenthèses, préfixé au nom de la molécule et séparé d’un tiret, complète donc le nom
de celle-ci en précisant de manière non équivoque de quel énantiomère il s’agit. NB : Le descripteur R ou S est déterminé
à partir de règles arbitraires. Il n’a aucun rapport avec le caractère dextrogyre (+) ou lévogyre (-) d’une substance, c’est
à dire avec le fait qu’elle dévie vers la droite ou vers la gauche la direction de polarisation de la lumière polarisée.
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