Copie de 5 - Cours chimie organique 09 organique Défi itiDéfinition – domaine de la chimie...

of 23/23
Chimie organique Chimie organique
  • date post

    12-Sep-2018
  • Category

    Documents

  • view

    216
  • download

    0

Embed Size (px)

Transcript of Copie de 5 - Cours chimie organique 09 organique Défi itiDéfinition – domaine de la chimie...

  • Chimie organiqueChimie organique

  • Chimie organique IChimie organique I

    Gnralits conventions dcritureGnralits conventions d critureOrganisation des molculesC f ti Conformation

  • Chimie organiqueChimie organique

    Dfi itiDfinition domaine de la chimie consacr ltude du carbone et de

    ses compossses composs

    Caractres carbone associ carbone associ

    le plus souvent lui-mme quelques lments, essentiellement l'hydrogne, l'oxygne,

    l' l'azote, un moindre degr le soufre et le phosphore

    ttravalence structures gomtriques rgulires solidit de ses liaisons (covalence) base des molcules constituant les organismes vivants

  • Conventions Conventions

    Di it iblDiverses critures possibles Formule brute

    C H OC3H8O Formule condense ou semi-dveloppe

    CH3 CH2 CH2OH3 2 2 Formule dveloppe

    H H H

    H C C C

    H H

    OH

    H

    Formule abrgeOH

  • Reprsentation planeC t d t t t idi i ll Comment passer de structures tridimensionnelle une reprsentation plane

    Exemple AAAPAAAPExemplestructure ne comportant qu'un seul carbone ttradriquesubstitu par quatre groupements diffrents : P, Q, R et T.

    Reprsentation de Cram

    C

    B

    DC

    B

    DC

    B

    DQ

    T

    RC

    B

    DC

    B

    DC

    B

    DQ

    T

    R

    PpChacune des liaisons est affecte dun symbole conventionnelsignifiant sa situation par rapport un plan dtermin : plan de la feuille- lignes en traits pleins : liaisons dans le plan.- triangle allong plein : liaison oriente vers lavant du plan.

    P

    QR

    g g p p- triangle hachur : liaison oriente vers larrire du plan.

    Reprsentation de FischerRotation du carbone ttradrique dans l'espace de faon fairepp t d ux pl ns p p ndi ul i s nt n nt h un 2 li is ns

    P P

    RT

    T

    apparatre deux plans perpendiculaires contenant chacun 2 liaisons,avec pour convention que les liaisons du plan horizontal pointentvers lobservateurProjection de la structure sur la feuille postrieure Q

    RT Q

    RT

    Reprsentation de NewmanRegarder la structure ttradrique selon l'axe d'une desliaisons, et projeter sur le plan frontal la structure observe :l'axe de la liaison choisie ( T) n'apparat pas sur la

    P

    Q

    TP

    n ( ) n pp p uprojection. Il passe par le carbone central symbolispar un cercle et est perpendiculaire au plan de la feuille. R

    RQ

  • Organisation des molculesOrganisation des molcules

    Chanes carbonesChanes carbones Classification des chanes carbones

    Premier niveau de classificationrem er n veau de class f cat on enchanements homognes : uniquement des atomes de carbone

    et dhydrogne enchanements htrognes : impliquant d'autres atomes ou g p q

    htroatomes Second niveau de classification

    chanes ouvertes structures cycliques

    Remarques gnrales pour chacun de ces deux groupes les classements sont pour chacun de ces deux groupes, les classements sont

    superposables. structures cycliques les plus stables : 5 ou 6 atomes ;

    l ti it t l st bilitlaromaticit augmente la stabilit

  • linaire Ces chanes peuvent t t Chane

    ouverte

    tre satures ou insatures et dans ce dernier cas, conjugues ou nonramifie conjugues ou non

    Satur ou insatur non conjugu : srie alicyclique

    monocyclique

    2 atomes 0 atome 1 atome commun

    Chane ferme

    = cycle

    polycycliques

    Insatur conjugu : cycles (4 n + 2) lectrons = srie aromatique

    communscommun commun

    = cycle nsatur conjugu cyc s ( n ) ctrons s r aromat qu

    monocyclique

    polycyclique2 atomes communs

    0 atome commun

    Enchanements homognes

  • linaire Ces chanes peuvent tre satures ou

    O

    Chane ouverte

    tre satures ou insatures et dans ce dernier cas, conjugues ou nonramifie

    Nj g

    Satur ou insatur non conjugu

    NH

    monocyclique2 atomes communs

    0 atome commun

    1 atome commun

    N

    O

    Chane ferme

    = cycle

    polycycliques

    Insatur conjugu : cycles (4 n + 2) lectrons

    commun

    N

    NO

    y j g y

    monocycliqueNH

    polycyclique

    H

    N

    Enchanements htrognes

  • Chanes carbones (suite) Notion de radical

    DfinitionRadical = structure carbone homogne ou htrogne sur Radical = structure carbone homogne ou htrogne sur laquelle une valence de l'un ou l'autre des atomes de carbone ou htroatome constitutif a t libre

    Radical h l

    CH3 CH2 CH3CH3 CH2

    CH3CHCH R di l

    Radical

    Radical thyle

    phnyle

    Radical = assemblage d'atomes de structure dtermine

    CH3CH3 Radical mthyle

    mthyle

    pouvant tre ventuellement transfr en bloc au cours de ractions chimiques

    R : radicaux aliphatiques Ar : radicaux aromatiques

  • suitesuite

    Groupement fonctionnel Les atomes de carbone d'un compos comportent :

    valences, C C ou C htroatome, formant la chane carbone autres valences portant groupement fonctionnel ou fonction = atome autres valences portant groupement fonctionnel ou fonction atome

    ou groupe d'atomes, comportant au moins un htroatome, auquel sont rattaches certaines possibilits ractionnelles ou proprits chimiques propres

    Consquences groupement fonctionnel dtermine ractivit de la molcule chane carbone conditionne certaines caractristiques physiques de q p y q

    la molcule. Classification des groupements fonctionnels

    Selon le nombre de valences occupes par la fonction sur le carbone :Selon le nombre de valences occupes par la fonction sur le carbone : monovalentes divalentes trivalentes

  • Fonctions oxygnes azotes soufres halognes

    avecX = F, Cl, Br ou I

    C OH C N C SH

    alcool amine thiolmonovalentes

    C O C C N+

    C S C

    C Xalcoolphnol

    amine thiol

    halogno

    oxygnes azotes

    ther ammonium thiother

    yg

    divalentes C H

    O

    C

    OC

    OR

    OHC

    OR

    OR'C N

    ldh d imineh i l l

    C OH

    O

    C

    O

    OR C

    O

    O C

    Oaldhyde ctone iminehmi actal actal

    id trivalentes C N

    acide ester carboxylique nitrile

    anhydride dacide

    C NH

    O

    amide

    Fonctions en chimie organique

  • Groupement fonctionnel (suite) Remarque

    Fonction hydrocarbure, composs uniquement constitus de carbone et d'hydrogne nest pas une fonction au sens carbone et d hydrogne n est pas une fonction au sens strict

    Insaturations doubles et/ou triples prsentes dans hydrocarbures insaturs pourraient constituer des hydrocarbures insaturs pourraient constituer des groupements fonctionnels (ractivit vis--vis des ractifs lectrophiles)

  • suitesuite

    Notions de nomenclaturenomenclature des composs organiques suit un certain nombre de rgles.

    Principe et mise en uvre de la nomenclature substitutive Principe et mise en uvre de la nomenclature substitutive1. identification de chane carbone de base

    la plus longue l f d l d f d constitue le compos fondamental identifi par sa dnomination

    courante (jusqu C4) ou latine ( partir de C5)2. identification des groupements fonctionnels

    d l itide leur position3. choix de lorientation de la chane

    groupement fonctionnel prioritaire affect de lindice dei i l l iposition le plus petit

    4. tablissement du nom compos de la faon suivante :

    Prfixe(s) des suffixe de chanes suffixe du + + +

    Prfixe(s) des groupes non prioritaires

    compos fondamental

    suffixe de chanes saturation ou insaturation

    suffixe du groupe prioritaire

  • suffixes de chanes :n ch n s s tu s ane chanes satures

    ne insatures une ou des doubles liaisons yne insatures une ou des triples liaisons.

    indication du nombre de fonctions identiques ou dinsaturations par le prfixe di, tri

    dsignation des prfixes non prioritaires classs par dsignation des prfixes non prioritaires classs par ordre alphabtique

    certains groupes ne sont dsigns que par des prfixes

  • F ti F l P fi S ffi E lFonction Formule Prfixe Suffixe Exemples

    Acidecarboxylique COOH carboxy oque Acide thanoque CH3 COOH

    PRIO

    Halogne X halogno Chloromthane CH3Cl

    Ester CO O oxycarbonyl oate Ethanoate dthyle CH3 COOC2H5ORITE

    Amide CO NH carbamoyl - amide Ethanamide CH3 CO NH2Nitrile CN cyano nitrile Ethanenitrile CH3 C N

    ldh d l P lE

    CRO

    Aldhyde CHO oxo al Propanal CH3 CH2 CHO

    Ctone CO oxo one Propanone CH3 CO CH3Alcool C OH hydroxy ol Mthanol CH OHO

    ISSA

    Alcool C OH hydroxy ol Mthanol CH3OH

    Amine C N amino amine Mthanamine CH3NH2Imine C = N imino imine Iminopropane (CH3) 2C = NH

    NTE

    m m m m p p ( 3) 2CEther C O C alkyloxy Mthoxymthane CH3 O CH3Thiol C SH mercapto - - thiol Ethanethiol C2H5SH

    Thiother C S C alkylthio - Mthylthiomthane CH3 S CH3

  • Exemple CH3 O OHCl2CH C C CH COOH

    3

    CH3

    la chane du compos fondamental comporte 5 carbones : pent elle est sature : pentanep le groupe prioritaire est le groupe carboxylique : suffixe

    oque acide pentanoquela numrotation se fait partir du carbone de la fonction la numrotation se fait partir du carbone de la fonction carboxylique

    les groupes non prioritaires (chloro, mthyl, hydroxy et oxo) g p p y y ysont classs par ordre alphabtique comme prfixes (sans tenir compte du nombre di ou tri pour cet ordre alphabtique, do la dnomination :d o a dnom nat on

    Acide 5,5 dichloro-2-hydroxy-4,4-dimthyl-3-oxopentanoque

  • ConformationConformationDfinition

    molcule comportant liaisons simples C Cdiffrentes conformations en raison de libre rotation des atomes autour des liaisons simples atomes autour des liaisons simples. chaque conformation correspond une "forme" particulire de la molcule dans l'espace ou conformre

    Exemple du butane CH3 CH2 CH2 CH3

    Principe de libre rotation C CCH3

    H C

    H

    H

    HC C

    CH3

    H C

    H

    H

    H H

    H

    H

    H H HH

    HH3C H3CH

    H

    H

    H H HH

    HH3C H3C

    H3C HHH3C HHHH H

    CH3 CH3HH H

    CH3 CH3

    Conformation clipse

    Conformation dcale

    Disposition spatiale pp

    conformation dcale : loignement maximal des substituants des carbones C2 et C3conformation clipse : masquage des substituants du 2me carbone par ceux du 1er

  • suitesuite

    Caractresf d d conformations ne correspondent pas des composs

    chimiques diffrents passage de l'une l'autre ncessite trs peu d'nergie (10

    20 k l 1) f l d l h 20 kJ x mol-1), facilement trouve dans les chocs entre molcules

    temprature ordinaire, liaisons simples C C sont en tat permanent de rotation aucune conformation dtermine permanent de rotation aucune conformation dtermine ne peut leur tre assigne

    chaque molcule possde une ou deux conformations privilgies en raison deprivilgies en raison de

    encombrement strique des groupes d'atomes phnomnes de rpulsion ou d'attraction lectrostatique

    entre eux entre eux possibilit de changer de conformation aux molcules

    une flexibilit permettant adaptation les unes aux autres dans l'espace conformations induitesdans l espace = conformations induites

  • suitesuite

    Exemple du butane CH3 CH2 CH2 CH3Exemple du butane CH3 CH2 CH2 CH3

    C D E FB AA

    clips dcal clips dcal clips dcal clips

    l d 60 d l d rotation complte de 360 permet de passer par la suite des conformations dcales et clipses

  • suitesuite

    ApplicationC d l li i Cas des alcanes linaires

    conformations privilgies conformations dcales, correspondant un arrangement conformations dcales, correspondant un arrangement

    dans lequel la distance entre les paires dlectrons des liaisons est maximale (conformations clipses sont moins stables))

    disposition tendue en zig zag Cas des cycloalcanes

    l t l b t t i l i cyclopropane et cyclobutane : tensions angulaires importantes en raison des valeurs des angles entre les liaisons des carbones trs loignes de 109

    l t t l h il t ibl d t cyclopentane et cyclohexane, il est possible de respecter des angles de 109 en plaant des atomes hors du plan structures non planes flexibles

    C C C C C C C CC3 C4 C5 C6 C7 C8 C9 C10118 110 31 5,9 32 49,8 64,9 68,6

    Energie de tension des cycloalacanes (en kJ x mol-1)

  • suitesuite Cas particulier du cyclohexane2 conformations plus stables, exemptes de tensions angulaires

    Chaise Bateau Chaise Chaise Bateau Chaise

    conformations chaise

    clipsdcal dcal

    conformations chaise totalement sous formedcale conformation bateau bateau

    demi chaise demi chaise

    bateau

    demi chaise demi chaise

    conformation bateauprsentant certainesdispositions clipsesdonc moins favorable

    bateaubateau

    donc moins favorable.

    chaise chaisechaise chaise

  • suitesuitedans conformation chaise du cyclohexane, 2 orientations possibles des substituants

    dans plan moyen du cycle : disposition quatoriale (liaison parallle au plan contenant la majorit, ou passant au plus prs des atomes du cycle)

    di l i l d l di i i i l perpendiculaires au plan moyen du cycle : disposition axiale (liaison perpendiculaire ce mme plan et parallles entre elles)

    en raison de la diminution des interactions striques entre b tit t t t d di l substituants, structures avec des groupes disposs sur les

    positions quatoriales sont favorises

    Orientationsaxiales quatoriales

  • suitesuite

    Exempleglucose : hexose substitu sur toutes les positions quatoriales

    d f l l t bl l ti L d l dans sa forme la plus stable en solution. Lors de la dissolution, lquilibre conscutif la cyclisation aboutit une rpartition entre les 2 formes et :

    forme (OH axial) : 37% forme (OH quatorial) : 63%