CHIMIE ORGANIQUE PCEM1 Isomérie...

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1 1) Représentation des molécules organiques : hybridation, orbitales, liaisons 2) Chiralité. Isoméries. Stéréochimie, Analyse conformationelle 3) Les effets électroniques. Mésoméries. Formalisme d’écriture des mécanismes. 4) Chimie organique fonctionnelle: Les alcools 5) Chimie organique fonctionnelle: Les dérivés halogénés. 6) Chimie organique fonctionnelle: Les dérivés carbonylés CHIMIE ORGANIQUE PCEM1 Représentation des édifices moléculaires La chimie organique est la chimie du carbone (inclut la biochimie). Les différents états d’hybridation du carbone sont rappelés ci-après. Sp 3 tétraédrique Angle entre les orbitales = 109,5˚ CH 4
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    12-Sep-2018
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  • 1

    1) Reprsentation des molcules organiques : hybridation, orbitales, liaisons

    2) Chiralit. Isomries. Strochimie, Analyse conformationelle

    3) Les effets lectroniques. Msomries. Formalisme dcriture des mcanismes.

    4) Chimie organique fonctionnelle: Les alcools

    5) Chimie organique fonctionnelle: Les drivs halogns.

    6) Chimie organique fonctionnelle: Les drivs carbonyls

    CHIMIE ORGANIQUE PCEM1

    Reprsentation des difices molculaires

    La chimie organique est la chimie du carbone (inclut la biochimie).

    Les diffrents tats dhybridation du carbone sont rappels ci-aprs.

    Sp3 ttradrique

    Angle entre les orbitales = 109,5

    CH4

  • 2

    Nombre d atomes lis + le nombre de doublets libres = 4

    NH3, CH4, OH2, CH3OH, (CH3)3N,

    CH3CH2OH, CH3CH2OCH2CH3

    C H

    H

    H

    H

    N

    H

    H

    H

    ou N

    H

    H

    H

    O

    H H

    ou O

    H H

    CHIMIE ORGANIQUE PCEM1

    Reprsentation des difices molculaires

    Sp3

    Notation de Lewis:

    Sp2

    CHIMIE ORGANIQUE PCEM1

    Reprsentation des difices molculaires

    Nombre

    d atomes lis = 3

    Angle entre les orbitales hybrides = 120

    Planaire

    Construction de la molcule dthylne C

    H

    H

    C

    H

    H

  • 3

    CHIMIE ORGANIQUE PCEM1

    Reprsentation des difices molculaires

    C

    H

    H

    C

    H

    H

    CHIMIE ORGANIQUE PCEM1

    Reprsentation des difices molculaires

    Angle entre les orbitales hybrides = 180

    Nombre d atomes lis = 2

    Linaire

    CH C H

    Construction de la molcule dacthylne

  • 4

    CHIMIE ORGANIQUE PCEM1

    Reprsentation des difices molculaires

    CH C H

    CHIMIE ORGANIQUE PCEM1

    Reprsentation des difices molculaires

    Les formules planes:

    Toutes les liaisons entre les diffrents atomes sont prcises,

    sans donner aucune indication de

    Structure tridimensionelle

    C

    CC

    C

    CC

    H

    H

    H

    H

    H

    H

    C

    CC

    C

    CC

    H H H

    HH

    HH H

    HH

    H

    H

    Benzne: tous les atomes

    de carbone sont hybrids sp2

    Cyclohexane: tous les atomes

    de carbone sont hybrids sp3

    HC

    CC

    CC

    H

    H H

    H H

    H H

    H H

    HO H

    Butan-1-ol: oxygne et carbone sp3

    C C

    C C

    H

    H

    H

    O H

    H

    HH

    H

    But-3-ne-1-ol: 2 carbones sp3 et deux sp2

  • 5

    CHIMIE ORGANIQUE PCEM1

    Reprsentation des difices molculaires

    Les formules simplifies:

    Toutes les liaisons C-H ne sont pas figures. Les symboles des atomes de carbone

    Ne sont pas figurs:

    C

    CC

    C

    CC

    H

    H

    H

    H

    H

    H

    C

    CC

    C

    CC

    H H H

    HH

    HH H

    HH

    H

    H

    Benzne: tous les atomes

    de carbone sont hybrids sp2

    Cyclohexane: tous les atomes

    de carbone sont hybrids sp3

    HC

    CC

    CC

    H

    H H

    H H

    H H

    H H

    HO H

    Butan-1-ol: oxygne et carbone sp3

    C C

    C C

    H

    H

    H

    O H

    H

    HH

    H

    But-3-ne-1-ol: 2 carbones sp3 et deux sp2

    OH

    OH

    On utilisera le plus souvent

    cette reprsentation

    CHIMIE ORGANIQUE PCEM1

    Reprsentation des difices molculaires

    Afin dallger encore la reprsentation des molcules, on symbolise

    certains groupes datomes, ou groupe fonctionnel par les abrviations suivantes:

    n Nom Formule n Nom Form

    ule

    1 Mthane CH4 12 Dodcane C12H26

    2 Ethane C2H6 13 Tridcane C13H28

    3 Propane C3H8 14 Ttradcane C14H30

    4 Butane C4H10 15 Pentadcane C15H32

    5 Pentane C5H12 16 Hexadcane C16H34

    6 Hexane C6H14 17 Heptadcane C17H36

    7 Heptane C7H16 18 Octadcane C18H38

    8 Octane C8H18 19 Nonadcane C19H40

    9 Nonane C9H20 20 Eicosane C20H42

    10 Dcane C10H22 30 Triacontane C30H62

    11 Undcane C11H24 40 Ttracontane C40H82

    Nom des alcanes GROUPES ALKYLES

    CH3CH2CH3CH2CH2CH3CH2CH2CH2CH3CH2CH2CH2CH2CH3

    -Me-Et-n-Pr-n-Bu-n-Pent

    i-Pro (iso-prpyle)

    t-Bu (tert-butyle)

    sec-Bu (sec-butyle)

    i-Bu (iso-butyle)

    Phnyle: : -Ph

  • 6

    CHIMIE ORGANIQUE PCEM1

    Reprsentation des difices molculaires

    i-Bu

    Me

    Ph

    Alors..

    Comment prciser maintenant par un symbolisme dessin dans le plan la structure tridimensionelle

    De la molcule organique ?

    En premier lieu, il faut savoir rapidement et srement reprer la gomtrie des atomes qui constitutent

    la molcule grce leur tat dhybridation.

    CHIMIE ORGANIQUE PCEM1

    Reprsentation des difices molculaires

    Pour imaginer la structure spatiale des molcules, il faut savoir reprer vite tats dhybridation des atomes

    Cl

    CCl3

    Cl

    Les atomes d'halognes ont une valence de 1.

    DDT

    O

    cis-Jasmone

    N

    N

    Nicotine

    sp3: Ttrahdre

    sp2: Plan

    sp: Linaire

  • 7

    CHIMIE ORGANIQUE PCEM1

    Isomrie-Stroisomrie des difices molculaires

    C

    H H

    H H

    : Liaison l'avant

    : Liaison l'arrire

    : Liaison dans le plan

    Reprsentation des molcules dans lespace:

    CH4: Mthane

    C2H6: Ethane

    C C

    H

    HH

    H

    HH

    Procd du coin volant (Cram)

    Du plan lespace

    CHIMIE ORGANIQUE PCEM1

    Isomrie-Stroisomrie des difices molculaires

    Pour une longue chane carbone:

    La chane carbone se dispose en zig-zag

    dans le plan. Les substituants sont disposs

    de part et dautre du plan.

    Attention !

    Reprsentation incorrecte: les deux liaisons dans le plan

    ne se suivent pas.

    Pour une molcule cyclique:

    CH3

    CH3

    H

    H

    H HH

    H

    H

    H

    H

    H

    ou

    Me

    Me

    Me

    Me

    On prcise ainsi la configuration

    relative des deux mthyles.

  • 8

    CHIMIE ORGANIQUE PCEM1

    Isomrie-Stroisomrie des difices molculaires

    Quelques molcules en Cram pour les futurs mdecins..

    O

    OH OBz

    OH

    O

    AcO

    H

    OAcO

    O

    NH

    Ph

    O

    Ph

    HO

    TAXOL

    Ph = OAc = O

    O

    CH3 OBz = O

    O

    Ph

    CHIMIE ORGANIQUE PCEM1

    Isomrie-Stroisomrie des difices molculaires

    CH3

    O

    OCH3

    HO

    H H

    H

    Cholestrol

    ! "mauvaise" reprsentation, mais tolre dans les cycles

    Ibuprofen

    N

    NN

    O

    HN

    OHOH

    OHN

    Indinavir (anti HIV)

  • 9

    CHIMIE ORGANIQUE PCEM1

    Isomrie-Stroisomrie des difices molculaires

    La reprsentation de Newman.Elle est utilise pour

    montrer la disposition relative des liaisons formes par

    deux atomes adjacents

    Axe de viseReprsentation de Newman

    clipse

    Reprsentation de Newman

    dcale

    Ph

    Br

    ClDReprsentation de Cram

    La liaison carbone carbone en rouge est un axe de rotation

    CHIMIE ORGANIQUE PCEM1

    Isomrie-Stroisomrie des difices molculaires

    La reprsentation de Fischer

    la chane carbone est dessine verticalement ;

    l'atome de carbone qui porte le numro le plus petit

    (cest celui qui a le degr doxydation le plus lev)

    (porteur de la fonction aldhyde dans le cas d'un sucre) est plac en haut ;

    les groupes sur l'horizontale pointent vers l'avant de la feuille de papier.

  • 10

    CHIMIE ORGANIQUE PCEM1

    Isomrie-Stroisomrie des difices molculaires

    Chiralit

    Un objet chiral, en particulier une

    entit molculaire chirale, n'est

    pas superposable son image

    dans un miroir plan. C'est le cas

    de chacune des coquilles

    d'escargots reprsentes ci-

    dessous.

    Coquillage dextre (la coquille senroule vers la droite)

    Le senestre est trs rare (1/10000) pour lescargot de Bourgogne,

    Soit une chance sur 833 dans un lot de 12..

    Le nom chiralit vient du grec ceir,

    qui signifie main . La main gauche

    nest pas superposable la main droite,

    ce sont des objets chiraux.

    Cherchez les objets chiraux:

    Une chaussure, une voiture, une cuillre, une montre,

    un tire-bouchon, un fauteuil, une mouche..

    CHIMIE ORGANIQUE PCEM1

    Isomrie-Stroisomrie des difices molculaires

    Un objet chiral ne possde ni plan, ni centre de symtrie.

    Si un atome de carbone possde 4 substituants diffrents (carbone hybrid sp3),

    Alors la molcule rsultante est un objet chiral. Elle nest pas

    superposable son image dans un miroir. Le carbone qui porte les 4 substituants

    diffrents est un carbone asymtrique .

    Lalanine, par exemple, est une molcule (acide amin) chirale:

    La forme de gauche nest pas superposable son image dans un miroir

    La reprsentation I et son image dans un miroir II sont appels des nantiomres

  • 11

    CHIMIE ORGANIQUE PCEM1

    Isomrie-Stroisomrie des difices molculaires

    Attention: La prsence dun carbone asymtrique dans un molcule ne rend

    pas ncessairement la molcule chirale:

    NH3CH

    H

    CH3

    CH3 OH

    OHHOOC

    HOOC

    H

    H2,4-Dimthyl pyrrolidine Acide tartrique mso

    Ces deux composs ne

    sont pas chiraux, malgr la

    prsence de 2 carbones

    asymtriques, car ils possdent

    un plan de symtrie.

    En revanche, certaines molcules peuvent tre chirales,

    sans possder de carbone asymtrique:

    CHIMIE ORGANIQUE PCEM1

    Isomrie-Stroisomrie des difices molculaires

    En conclusion, la chiralit est une proprit globale de la molcule, il ne faut pas

    Se focaliser sur la prsence ou labsence de carbone asymtrique,

    mme si la prsence de ces derniers rend trs souvent la molcule chirale.

  • 12

    CHIMIE ORGANIQUE PCEM1

    Isomrie-Stroisomrie des difices molculaires

    Comment reprer les carbones asymtriques dune molcule

    et reprsenter son nantiomre ?

    N

    NN

    O

    HN

    OHOH

    OHN

    1) Reprer tous les carbones

    hybrids sp3 ayant 4 substituants

    diffrents. Ce sont les carbones asymtriques

    de la molcule

    2) Pour reprsenter lnantiomre

    de la molcule, il faut inverser tous

    les carbones asymtriques.

    3) Inverser un carbone asymtrique revient reprsenter limage

    dans un miroir du centre asymtrique. Pour cela, il suffit de

    faire passer une liaison pleine de la reprsentation

    de Cram en liaison hachure, et inversement.

    Lorsque tous les centres asymtriques ont t inverss , on a

    Reprsent limage dans un miroir de la molcule, cest--dire son

    ENANTIOMEREN

    NN

    O

    HN

    OHOH

    OHN

    Enantiomres

    CHIMIE ORGANIQUE PCEM1

    Isomrie-Stroisomrie des difices molculaires

    i

    Application

    CH3

    O

    OCH3

    Ibuprofen

    1 carbone asymtrique

    CH3

    O

    OCH3

    2 carbones asymtriques

    N COOMe

    O

    HOOC

    NH2 H

    Aspartame

    N COOMe

    O

    HOOC

    NH2 H

    Aspartame

    H2N NH2

    2 carbones asymtriques

    H2N NH2

    IdentiquesLSD

    THC

    Penicilline

    i i i

    C 60

  • 13

    CHIMIE ORGANIQUE PCEM1

    Isomrie-Stroisomrie des difices molculaires

    Comment nommer (et donc distinguer) deux nantiomres ?

    La configuration absolue dun carbone asymtrique : les

    rgles CIP (Cahn-Ingold-Prlog)

    Dans ce systme, les quatre substituants du carbone

    asymtrique doivent tre classs par ordre de priorit.

    Pour cela, il faut appliquer trois rgles.

    Rgle 1 : On regarde les 4 atomes directement lis au

    carbone asymtrique. Latome prioritaire est celui qui a le plus

    grand numro atomique (Z).

    Rgle 2 : Si une dcision ne peut tre prise avec cette

    premire rgle, on compare les numros atomiques des

    deuximes atomes sur chaque substituant et on continue si

    ncessaire jusquau troisime ou quatrime atome, jusqu' ce

    quune diffrence apparaisse, en suivant le "chemin" du plus

    grand numro atomique

    Rgle 3 : Les atomes doublement ou triplement lis un

    atome donn sont considrs comme lis par deux ou trois

    liaisons simples ce mme atome.

    Lordre de priorit tant dfini, le modle est arrang de telle

    faon que le substituant avec la priorit la plus basse (N 4) se

    trouve vers larrire, les trois autres substituants N1, 2, 3

    formant un parapluie tourn vers lobservateur. Si, pour

    superposer le substituant 2 au substituant 3, il faut tourner le

    parapluie vers la droite, le carbone asymtrique est de

    configuration R (rectus). Si, au contraire, on tourne vers la

    gauche, la configuration absolue est S (sinister).

    Exemple : lacide (-)-lactique : lnantiomre naturel.

    H

    CH3

    OH

    COOH

    Priorits:

    4: H

    3: CH32: COOH: quivalent (rgle 3) :

    1: OH

    C

    O

    OO H

    COOHHO

    CH3

    1 2

    3

    : RC

    CHIMIE ORGANIQUE PCEM1

    Isomrie-Stroisomrie des difices molculaires

    Pourquoi est-il important de bien distinguer les nantiomres

    et de savoir prparer slectivement

    par synthse un nantiomre donn ?

    Ce qui va distinguer deux nantiomres dune molcule:

    Le pouvoir rotatoire

    La solution dun nantiomre dvie la lumire polarise dun angle a

    La solution de lautre nantiomre, la mme temprature et la mme

    concentration dvie la lumire polarise dun angle a.

    Le pouvoir rotatoire spcifique

    Cest une proprit physique

  • 14

    CHIMIE ORGANIQUE PCEM1

    Isomrie-Stroisomrie des difices molculaires

    OH

    (1R,2S,5R)-(-)-Menthol

    [a]D20 : -50 (c = 10, EtOH)

    OH

    (1S,2R,5S)-(+)-Menthol

    [a]D20 : +50 (c = 10, EtOH)

    Le mlange part gales de deux nantiomres est appel un racmique.

    Il na aucun pouvoir sur la lumire polarise

    En revanche deux nantiomres vont avoir exactement les mmes proprits chimique

    Il est donc trs difficile pour le chimiste de les distinguer, ou

    bien den prparer un slectivement (synthse asymtrique, synthse nantioslective).

    Ex. de proprits chimiques: point de fusion pour les solides, dbullition pour les liquides,

    Caractristiques spectroscopiques: spectre de rsonance magntique nuclaire, infra-rouge ou

    ultra-violet: Les outils danalyse classique du chimiste organicien ne permettent pas

    De distinguer les deux nantiomres dune molcule.

    CHIMIE ORGANIQUE PCEM1

    Isomrie-Stroisomrie des difices molculaires

    Par contre, deux nantiomres dune molcule nont pas les mmes proprits physiologiques:

    - Gout

    -Odeur

    -Action en tant que mdicament

    -Insecticide.

    Pour la bonne serrure (systme biologique chiral: enzyme), il faut la bonne clef (le bon nantiomre).

  • 15

    adenylosuccinate synthetase (enzyme) avec son substrat modlis dans le site actif

    CHIMIE ORGANIQUE PCEM1

    Isomrie-Stroisomrie des difices molculaires

    CHIMIE ORGANIQUE PCEM1

    Isomrie-Stroisomrie des difices molculaires

    HOOC N COOMe

    NH2

    O

    H

    Got:

    Aspartame (dulcorant).Son nantiomre un got amer.

    Odeur:

    Limonne. Cet nantiomre une odeur de citron. L'autre une odeur d'orange.

    Me

    Me

    Herbicide:

    N

    O

    O Me

    COO Me

    Butylfluazilop. Son nantiomre est inactif.

    Mdicaments:

    N

    O

    OO

    H

    N

    O

    O

    Thalidomide. Elle tait prescrite aux femmes enceintes dans les annes 60 et administre sous forme de racmique. Son nantiomre est thratogne (responsable de malformations congnitales). Ce cas fait prendre conscience l'industrie pharmaceutique de l'importance de l'utilisation de molcules nantiomriquement pures.

    NNHO

    Me

    H

    H

    OH

    Me

    Ethambutol: molcule chirale axe de symtrie C2. C'est un tuberculostatique. Son nantiomre rend aveugle.

  • 16

    Dfinitions

    Chiralit : Un objet est chiral (main , coquillage, molcule organique), si il nest pas superposable

    son image dans un miroir. Un objet chiral ne possde ni plan, ni centre de symtrie.

    Enantiomres : Une molcule chirale et son image dans un miroir sont nantiomres. Deux

    molcules nantiomres ont les mmes proprits chimiques (comme le point dbullition ou de

    fusion), elles diffrent par leur pouvoir rotatoire, qui est une proprit physique. Deux molcules

    nantiomres peuvent avoir des proprits physiologiques (got, odeur, action en temps que

    mdicament) diffrentes.

    Carbone asymtrique : Carbone portant quatre substituants diffrents.

    Configuration absolue : R (rectus) ou S (sinister). Distingue les deux nantiomres dun carbone

    asymtrique. (voir les rgles CIP)

    Racmique : Mlange 50/50 de deux nantiomres dune molcule. Son pouvoir rotatoire est nul.

    Diastroisomre : Deux molcules diastroisomres diffrent par la configuration absolue dun

    ou plusieurs carbone asymtrique. Si tous les carbones asymtriques de la molcule ont leur

    configuration absolue change, on obtient son nantiomre, cest dire son image dans un miroir.

    Deux molcules diastroisomres nont pas les mmes proprits chimiques. Ce sont des

    composs diffrents.

    Ddoublement : Sparation dun mlange racmique en deux nantiomres purs.

    Enzyme : Catalyseur biologique. Les enzymes sont des protines qui catalysent des ractions

    biochimiques spcifiques.

    CHIMIE ORGANIQUE PCEM1

    Isomrie-Stroisomrie des difices molculaires

    CHIMIE ORGANIQUE PCEM1

    Isomrie-Stroisomrie des difices molculaires

    I. Isomrie de position :

    Les isomres de position diffrent uniquement par la localisation dun groupe datomes

    ou dune fonction au sein de la molcule

    OH

    (1R,2S,5R)-(-)-Menthol

    OH

    II. Isomrie de constitution :

    Ces isomres prsentent la mme formule brute, mais pas la mme fonction chimique

    OH

    (1R,2S,5R)-(-)-Menthol

    O

  • 17

    CHIMIE ORGANIQUE PCEM1

    Isomrie-Stroisomrie des difices molculaires

    II. Stroisomrie :

    Les stroisomres ne diffrent que par larrangement tridimensionnel des atomes.

    OH

    (1R,2S,5R)-(-)-Menthol

    OH

    Seule la configuration absolue

    dun centre asymtrique

    a chang. Ces composs

    sont des diastroisomres

    On distingue La diastroisomrie

    Diastroisomre : Deux molcules diastroisomres diffrent par la configuration absolue

    dun ou plusieurs carbone asymtrique.

    Si tous les carbones asymtriques de la molcule ont leur configuration absolue change,

    on obtient son nantiomre,

    cest dire son image dans un miroir. Deux molcules diastroisomres nont pas

    les mmes proprits chimiques. Ce sont des composs diffrents.

    CHIMIE ORGANIQUE PCEM1

    Isomrie-Stroisomrie des difices molculaires

    La diastroisomrie peut galement intervenir dans les alcnes. En effet cause de lempchement

    la libre rotation (liaison =recouvrement latral de deux orbitales pz), les doubles liaisons di-outrisubstitues

    vont pouvoir avoir deux arrangements distincts dans lespace. On parle alors de configuration de la

    double liaison.

    Me

    Me

    H

    H

    Me

    H

    Me

    H

    (E)-But-2-ne (Z)-But-2-ne

    Me

    MeH

    Me Me

    H

    (E)-3-Methyl-pent-2-ne

    (Trans) (Cis)

    Me

    (Z)-3-Methyl-pent-2-ne

    Me

    1

    2

    1

    2

    1

    2 1

    2

    La nomenclature Z (vient de lallemand zusammen: ensemble) et E (entgegen: oppos)

    permet de prciser la disposition des substituants de part et dautre de la double liaison.

    Pour dterminer la configuration de lalcne, on numrote par ordre de priorit 1 puis 2 les substituants

    sur chacun ades carbones. Si les deuc substituants prioritaires (1) sont du mme ct, on a la configuration

    Z, si ils sont opposs, cest la E.

  • 18

    Lnantiomrie, cest la forme la plus discrte disomrie car les deux nantiomres ont les mmes

    proprits chimiques.

    OH

    (1R,2S,5R)-(-)-Menthol

    [a]D20 : -50 (c = 10, EtOH)

    OH

    (1S,2R,5S)-(+)-Menthol

    [a]D20 : +50 (c = 10, EtOH)

    CHIMIE ORGANIQUE PCEM1

    Isomrie-Stroisomrie des difices molculaires

    CHIMIE ORGANIQUE PCEM1

    Isomrie-Stroisomrie des difices molculaires

  • 19

    CHIMIE ORGANIQUE PCEM1

    Isomrie-Stroisomrie des difices molculaires

    CHIMIE ORGANIQUE PCEM1

    analyse conformationelle

    Le cyclohexane

    Une forme chaise peut donner une autre forme chaise dans une inversion

    de conformation qui se produit suite la rotation des substituant

    autour des liaisons C-C du cycle. Pour le cyclohexane, la constante de

    vitesse d'inversion (1 ordre) est de 104 105 s-1 300K.

    L'enthalpie d'activation est 10,8 kcal.mol-1.

    L'tat de transition serait selon le calcul une forme demi-twist .

  • 20

    CHIMIE ORGANIQUE PCEM1

    analyse conformationelle

    Intermde..

    Dessiner un cyclohexane dans lespace: un art matriser !

    Lintroduction dun substitutant sur le cyclohexane ne vas pas sensiblement modifier

    la vitesse dinterconversion. En revanche, cet quilibre sera dplac

    vers le conformre le plus stable

    CHIMIE ORGANIQUE PCEM1

    analyse conformationelle

    La position axiale dun substituant est

    Dfavorable. Linteraction strique la plus

    importante est une interaction 1,3-diaxiale.

    dans ce cas, la position de lquilibre est dplace

    vers la droite (Me en quatorial)

    A (prfrence quatoriale) = RTLnK

    Pour un groupe mthyle, A = 7,5 Kj.mol-1: Il Y a 95% de conformre quatorial lquilibre

    Pour un groupe t-Bu, A = 23,5 Kj mol-1. Lquilibre est totalement dplac vers la droite

    On parle de conformation bloque .

    OH

    HOOH

    (1R,2S,5R)-(-)-Menthol

  • 21

    CHIMIE ORGANIQUE PCEM1

    analyse conformationelle

    CHIMIE ORGANIQUE PCEM1

    Effets lectroniques

    Comprendre la distribution des

    lectrons dans une molcule

    organique, afin de prdire et de comprendre

    sa ractivit vis--vis dun ractif riche en lectrons

    (nuclophile), ou bien pauvre en lectrons (lectrophile)

  • 22

    CHIMIE ORGANIQUE PCEM1

    Effets lectroniques

    Effet inductif

    Cl CH2 CH2 CH2 CH3

    Dfinition

    < < < (Mg...) CH CCH3

    CH3>

    Groupes alkyles :

    Effet + I : pour atome ou groupe datome repoussant les lectrons de la liaison

    Effet I : pour atome ou groupe datome attirant les lectrons de la liaison (Cl : -I)

    Le sens dun effet inductif se dfinit par rapport une liaison forme avec un carbone

    -NO2 N-F -Br -A O CO- I :

    nitrocation

    Effet + I :

    Influence de leffet inductif sur la force dun acide carboxylique

    R C

    O

    O H

    +

    R C

    O

    O+ H

    ClCH2COOH HCOOH CH3COOH> >Acidit :

    formiquedes acides actiquechloroactiquedichloroactique

    Effet I des 2 Cl Effet I du Cl Effet +I du CH3

    carboxylate

    N Structure pKa

    1 H-COOH 3.75

    2 CH3-COOH 4.75

    3 ClCH2-COOH 2.85

    4 Cl2CH-COOH 1.48

    H2C C

    O

    O H 30), les amines secondaires ou

    primaires peuvent tre dprotonnes:

    R

    N

    R

    HBase trs forte R

    N

    R

    L'amine joue le rled'un acide (trs faible)

    La base conjugue est un amidure (pKa = 30)

    Seuls NaH ou un organomtallique (RMgX)

    peuvent dprotonner une amine

  • 54

    REACTIONSCHIMIE ORGANIQUE PCEM1

    Chimie organique fonctionnelle

    Les amines.

    Toute la ractivit des amines provient de la nuclophilie

    du doublet libre: les amines sont beaucoup plus nuclophiles

    que les alcools.

    N

    E+

    REACTIONSCHIMIE ORGANIQUE PCEM1

    Chimie organique fonctionnelle

    Les amines.

    Raction avec les drivs halogns

    N

    H

    Me-I

    N

    H Me

    +

    -H+

    N

    Me

    N

    Me Me

    +

    Me-I

    Il est difficile de s arrter au stade

    de l amine tertiaire avec des halognures

    ractifs. En effet, l amine tertiaire est

    plus nuclophile que l amine secondaire.

    Elle ragit pour former l ammonium

  • 55

    REACTIONSCHIMIE ORGANIQUE PCEM1

    Chimie organique fonctionnelle

    Les amines.

    Raction avec les drivs carbonyls

    O

    R1 R2

    R1 R2

    N

    R

    IMINE

    R NH2

    Cette liaisonsignifie quela strochimie (Z ou E) n'est pas prcise.

    NH

    R

    R

    O

    H+, cat., -H2O

    H+, cat., -H2O

    NR R

    ENEAMINE

    CHIMIE ORGANIQUE PCEM1

    Chimie organique fonctionnelle

    Les amines.

    REACTIONS

    Raction avec les drivs dacides

    Chlorure dacide Addition

    Elimination de Cl-

    -H+

    Amide

    On rajoute une base (amine ou NaOH)

    Pour neutraliser lacide form

  • 56

    CHIMIE ORGANIQUE PCEM1

    Chimie organique fonctionnelle

    Les amines.

    N

    O

    N

    O-

    +

    Formeprivilgie

    (l'oxygne est pluslectrongatif que l'azote)

    Msomrie de lamide: le doublet de lazote nest pas disponible car engag

    dans la msomrie: lazote nest plus ni nuclophile ni basique lorsquil se trouve

    dans une fonction amide.

    CHIMIE ORGANIQUE PCEM1

    Chimie organique fonctionnelle

    Les acides et drivs O

    R OH

    Les acides carboxyliques sont des fonctions dans lesquelles

    un carbone est doublement li un oxygne et simplement li un oxygne

    Le carbone est formellement au degr doxydation 3:

    il est li deux oxygnes (plus lectrongatif que C)

    par lintermdiaire dune liaison double et dune

    liaison simple.

  • 57

    CHIMIE ORGANIQUE PCEM1

    Chimie organique fonctionnelle

    Les acides et drivs

    Nomenclature:

    COOHAcide propanoque

    HO2CCO2H

    12

    34

    56

    7

    8Acide 3-thyl-6-mthyl-octane-1,8-dioque

    HOOC1

    2

    3

    4

    5

    Acide cyclopent-1-necarboxylique

    Acide devant le nom

    Suffixe oque

    CHIMIE ORGANIQUE PCEM1

    Chimie organique fonctionnelle

    Les acides et drivs

    Ce sont des acides faibles

    O

    OH

    R

    +-

    B-+ B-H +

    O

    OR-

    Le pKa de lacide actique (R = CH3) = 4,6

    Lion carboxylate est

    la base conjugue. Elle est

    stabilise par msomrie

    La nature de R a une influence sur lacidit: plus R stabilise le carboxylate, plus le

    pKa sera abaiss.

  • 58

    CHIMIE ORGANIQUE PCEM1

    Chimie organique fonctionnelle

    Les acides et drivs

    REACTIONS

    Lesterification

    O

    OH

    R

    H+ O

    OH

    R

    H+R'OH

    R OR'

    OHOH

    H

    +Addition

    R OR'

    OH2O +

    H- H+

    - H2O

    O

    OR'

    R

    Elimination

    Ncessite une catalyse acide. La raction est totalement quilibre.

    Pour dplacer lquilibre: on limine leau, ou bien on se sert de lalcool comme

    solvant.

    CHIMIE ORGANIQUE PCEM1

    Chimie organique fonctionnelle

    Les acides et drivs

    Intermde pratique: le montage Dean-Stark

    Azotrope tolune:eau (8:2): bullition: 85C (tolune pur: 110C)

  • 59

    CHIMIE ORGANIQUE PCEM1

    Chimie organique fonctionnelle

    Les acides et drivs

    REACTIONS

    Transformation en drivs dacide activs

    O

    OH

    R

    O

    SCl Cl

    Addition-limination

    - HCl

    R OS

    O O

    Cl

    Cl-

    - SO2

    O

    ClR

    Chlorure d'acide

    SOCl2: Chlorure de thionyle

    CHIMIE ORGANIQUE PCEM1

    Chimie organique fonctionnelle

    Les acides et drivs

    REACTIONS

    Transformation en drivs dacide activs

    O

    ClR

    Chlorure d'acide

    O

    OH

    R

    Le chlore est plus lectrongatif que

    loxygne: le chlorure dacide est

    plus lectrophile que lacide

    R

    O-

    OH

    Nu R

    O-

    Cl

    Nu

    Nu-

    Le chlore est meilleur groupe partant

    que OH-: la deuxime tape dlimination

    est plus rapide dans le cas du chlorure

    dacide.

    O

    NuR

  • 60

    CHIMIE ORGANIQUE PCEM1

    Chimie organique fonctionnelle

    Les acides et drivs

    REACTIONS

    O

    ClR

    Chlorure d'acide

    -HCl NH

    R1

    R2

    R

    O

    N

    R2

    R1

    Amide

    R1OH

    -HCl

    R

    O

    O

    Ester

    R1

    R1COO-, Na+

    -NaCl

    R

    O

    O

    Anhydride d'acide

    O

    R1

    La raction est cette fois ci

    rapide et totale. Lacide

    chlorhydrique qui se dgage

    dans les deux premiers

    cas est pig par une base

    (amine tertiaire, pyridine)

    CHIMIE ORGANIQUE PCEM1

    Chimie organique fonctionnelle

    Les acides amins

    Les acides amins sont forms d'un carbone auquel sont lis:

    Un groupement amine (NH2)

    Un groupement acide

    (COOH)

    Une portion variable d'un

    acide amin l'autre (indiqu

    par la lettre R sur la molcule

    ci-contre; R pour radical).

    Les acides amins naturels proteinogniques se retrouvent sous forme dun nantiomre

    COOH

    R

    H2N H

    COOH

    R

    H2N H

    Reprsentation de Fischer

    A gauche: appartient la srie L. Si R est un groupe alkyle,

    il a la priorit N3 dans les rgles CIP

    COOH

    R

    H2N H1

    2

    3

    4

    R

    COOH

    NH2

    La configuration absolue est (S)

  • 61

    CHIMIE ORGANIQUE PCEM1

    Chimie organique fonctionnelle

    Les acides amins

    Quelques exemples dacides amins naturels. Notez que chaque acide amin diffre

    des autres par son radical. Les radicaux peuvent avoir des proprits diffrentes,

    certains son hydrophiles, d'autres hydrophobes. Certains, en solution, s'ionisent

    positivement et d'autres ngativement. Notez aussi que les acides amins

    peuvent tre identifis par une abrviation trois lettres ou une seule lettre.

    Le tryptophane, par exemple, peut s'crire TRP ou W.

    CHIMIE ORGANIQUE PCEM1

    Chimie organique fonctionnelle

    Les acides amins

    Les acides amins senchanent entre eux par lintermdiaire

    de liaisons peptidiques (fonction amide).

    H2N COOH H2N COOH- H2O

    HN CO2HH2N

    O

    Partie N-terminale Partie C-terminale

    Liaison peptidique

    Ala Ala

    Dipeptide Ala-Ala

    Certains polypeptides sont trs courts ( seulement 4 ou 5 acides amins)

    d'autres gigantesques (plus de 600 acides amins).

    La plupart des protines sont constitues denviron 100 200 acides amins.

    On utilise gnralement le terme peptide pour dsigner les plus petits polypeptides

    (moins de 50 acides amins) et protines pour les plus gros.

  • 62

    CHIMIE ORGANIQUE PCEM1

    Chimie organique fonctionnelle

    Les acides amins

    Exemple : le lysozymeLYS VAL PHE GLU ARG CYS GLU LEU ALA ARG THR LEU LYS ARG LEU GLY MET ASP

    GLY TYR ARG GLY ILE SER LEU ALA ASN TRP MET CYS LEU ALA LYS TRP GLU SER

    GLY TYR ASN THR ARG ALA THR ASN TYR ASN ALA GLY ASP ARG SER THR ASP TYR

    GLY ILE PHE GLN ILE ASN SER ARG TYR TRP CYS ASN ASP GLY LYS THR PRO GLY

    ALA VAL ASN ALA CYS HIS LEU SER CYS SER ALA LEU LEU GLN ASP ASN ILE ALA

    ASP ALA VAL ALA CYS ALA LYS ARG VAL VAL ARG ASP PRO GLN GLY ILE ARG ALA

    TRP VAL ALA TRP ARG ASN ARG CYS GLN ASN ARG ASP VAL ARG GLN TYR VAL GLN

    GLY CYS GLY VAL

    Le lysozyme est une protine forme de l'assemblage, dans un ordre bien prcis,

    de 130 acides amins.

    Chacun des mots de trois lettres de cette liste reprsente un acide amin.

    On retrouve du lysozyme dans le sang, les larmes et les scrtions

    des voies respiratoires.

    Cette protine a des proprits antiseptiques, elle contribue

    dfendre l'organisme contre les bactries.

    Une protine

    Si on assemble au hasard 130 acides amins pris un un dans un

    lot de 20 diffrents, on n'a une chance sur 20130 d'obtenir du lysozyme.

    CHIMIE ORGANIQUE PCEM1

    Chimie organique fonctionnelle

    Les acides amins

    Le lysozyme de poulet comporte

    129 acides amins, il y en a 50

    diffrents par rapport au lysozyme

    humain.

    Cette squence constitue la

    structure primaire du lysozyme.

    Les radicaux des acides amins ont des proprits chimiques diffrentes. Certains sont hydrophobes,

    d'autres hydrophiles, certains s'ionisent ngativement et d'autres positivement. Certains radicaux

    peuvent former des liaisons chimiques plus ou moins fortes avec d'autres radicaux. Il peut donc y

    avoir dans une chane d'acides amins des interactions entre les radicaux. Certains se repoussent

    et d'autres se rapprochent et forment des liens chimiques. La chane d'acides amins aura donc

    tendance se replier sur elle-mme pour adopter une structure tridimensionnelle prcise.

  • 63

    CHIMIE ORGANIQUE PCEM1

    Chimie organique fonctionnelle

    Les acides amins

    CHIMIE ORGANIQUE PCEM1

    Chimie organique fonctionnelle

    Les acides amins