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CHIMIE ORGANIQUE UE1 Élise Marche PARCOURS SANTÉ & L.AS

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chimie organique

UE1

Élise Marche

ParcourS SanTÉ & L.aS

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© Dunod, 202011 rue Paul Bert, 92240 Malakoff

www.dunod.comISBN 978-2-10-080980-6

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Table des matières

Avant-propos X

Chapitre 1 Structure des molécules 1

■ 1. Nomenclature systématique 1 �1.1. Intérêt d’une nomenclature systématique 1

�1.2. Les principales fonctions organiques 2

�1.3. Nomenclature des alcanes 4

�1.4. Nomenclature des autres molécules 6

■ 2. Représentation des molécules 7 �2.1. Formules de constitution 7

�2.2. Représentation spatiale 8

■ 3. Isomérie 9

Synthèse 10

QCM et exercices 11

Corrigés 15

Chapitre 2 Stéréoisomérie de conformation 23

■ 1. Conformations des molécules linéaires 23 �1.1. Cas de la molécule d’éthane 23

�1.2. Cas de la molécule de butane 25

�1.3. Généralisation 26

■ 2. Conformations des cycles à six atomes 26 �2.1. Cas de la molécule de cyclohexane 26

�2.2. Cas des cyclohexanes substitués 29

�2.3. Cas des molécules polycycliques 31

Synthèse 32

QCM et exercices 33

Corrigés 36

III

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IV

Chapitre 3 Stéréoisomérie de configuration 41

■ 1. Classement des substituants 41 �1.1. Règles séquentielles de Cahn, Ingold, Prelog (CIP) 41

�1.2. Applications 44

■ 2. Relation d’énantiomérie 46 �2.1. Notion de chiralité 46

�2.2. Une conséquence à la chiralité : l’activité optique 50

■ 3. Relation de diastéréoisomérie 51 �3.1. Diastéréoisomérie Z/E 51

�3.2. Cas des molécules possédant plusieurs carbones asymétriques 52

Synthèse 54

QCM et exercices 55

Corrigés 60

Chapitre 4 Les effets électroniques 69

■ 1. Théorie de l’hybridation 69 �1.1. Rappels sur la géométrie des orbitales 69

�1.2. Orbitales hybridées 71

■ 2. L’effet inductif 72 �2.1. Polarité d’une liaison 72

�2.2. Polarisabilité 73

�2.3. Définition de l’effet inductif 74

■ 3. L’effet mésomère 74 �3.1. Présentation du phénomène 74

�3.2. Écriture des formules mésomères limites 75

�3.3. Les électrons délocalisables 77

�3.4. Stabilisation par effet mésomère 78

�3.5. Groupements mésomères donneurs/groupements 78

mésomères attracteurs

Synthèse 79

QCM et exercices 80

Corrigés 84

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V

Chapitre 5 Mécanismes réactionnels 91

■ 1. Notion de mécanisme réactionnel 91 �1.1. Acte élémentaire 91

�1.2. Les intermédiaires réactionnels 93

�1.3. Profil réactionnel 95

�1.4. Les grandes familles de réactions chimiques 96

■ 2. Exemples de mécanismes réactionnels 98 �2.1. Substitutions nucléophiles 98

�2.2. Réactions catalysées 100

■ 3. Notion de contrôle cinétique et de contrôle thermodynamique 101

Synthèse 103

QCM et exercices 104

Corrigés 107

Chapitre 6 Spectroscopies IR, UV et RMN 113

■ 1. Notions de spectroscopie 113

■ 2. Spectroscopies UV-visible et IR 114 �2.1. Absorption des radiations par les molécules 114

�2.2. Principe de fonctionnement de l’appareil 115

�2.3. Loi de Beer-Lambert 116

�2.4. Étude des spectres 117

■ 3. Spectroscopie de RMN 118 �3.1. Principe de la RMN 118

�3.2. Description de l’appareil 119

�3.3. Description des spectres de RMN 1H 120

Synthèse 123

QCM et exercices 124

Corrigés 130

Chapitre 7 Les alcanes 135

■ 1. Structure 135

■ 2. Réactivité 136 �2.1. Halogénation des alcanes 136

�2.2. Combustion des alcanes 138

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VI

Synthèse 138

QCM et exercices 139

Corrigés 140

Chapitre 8 Les alcènes 145

■ 1. Présentation 145 �1.1. Structure 145

�1.2. Données spectroscopiques 146

�1.3. Réactivité 146

■ 2. Hydrogénation catalytique 146

■ 3. Les additions électrophiles 148 �3.1. Mécanisme général 148

�3.2. Addition des halogénures d’hydrogène HX (hydrohalogénation) 148

�3.3. Addition d’eau ou hydratation 149

�3.4. Addition des dihalogènes X2 149

�3.5. Addition des acides hypohalogéneux HOX 150

■ 4. Les oxydations 151 �4.1. L’ozonolyse 151

�4.2. Époxydation 151

�4.3. Dihydroxylation 152

■ 5. Un mot sur les alcynes 153

Synthèse 155

QCM et exercices 156

Corrigés 160

Chapitre 9 Les composés benzéniques 173

■ 1. Présentation 173 �1.1. Le benzène et ses dérivés 173

�1.2. Spectroscopie 175

�1.3. Réactivité 175

■ 2. Substitution électrophile aromatique 176 �2.1. Mécanisme général 176

�2.2. Les différentes substitutions 177

�2.3. Polysubstitutions 178

�2.4. Réactivité de benzènes substitués 178

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VII

�2.5. Orientation : règles de Holleman 178

�2.6. Conclusion 181

Synthèse 183

QCM et exercices 184

Corrigés 187

Chapitre 10 Les dérivés monohalogénés 193

■ 1. Présentation 193 �1.1. Structure 193

�1.2. Données spectroscopiques 194

�1.3. Réactivité 194

■ 2. Substitution nucléophile 194 �2.1. Substitution nucléophile monomoléculaire ou SN1 196

�2.2. Substitution nucléophile bimoléculaire ou SN2 196

■ 3. Élimination 197 �3.1. Élimination monomoléculaire E1 198

�3.2. Élimination bimoléculaire E2 199

�3.3. Compétition SN/E 200

�3.4. Bilan 200

■ 4. Formation d’organométalliques 201

Synthèse 202

QCM et exercices 203

Corrigés 206

Chapitre 11 Les alcools 215

■ 1. Présentation 215 �1.1. Structure 215

�1.2. Données spectroscopiques 216

�1.3. Température de changement d’état 216

�1.4. Réactivité 216

�1.5. Propriétés acido-basiques 216

■ 2. Réactions nucléophiles 217 �2.1. Synthèse de Williamson d’un éther-oxyde 218

�2.2. Action sur un dérivé d’acide inorganique 218

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VIII

■ 3. Rupture de la liaison C–O 218 �3.1. Substitution nucléophile 218

�3.2. Déshydratation 219

■ 4. Oxydations 219

Synthèse 220

QCM et exercices 221

Corrigés 224

Chapitre 12 Les amines 231

■ 1. Présentation 231 �1.1. Structure 231

�1.2. Remarque concernant la nomenclature 232

�1.3. Données spectroscopiques 233

�1.4. Réactivité 233

�1.5. Propriétés acido-basiques 234

■ 2. Réactions nucléophiles 235 �2.1. Alkylation des amines 235

�2.2. Formation des imines 235

�2.3. Formation des amides 236

�2.4. Nitrosation des amines 236

Synthèse 239

QCM et exercices 240

Corrigés 242

Chapitre 13 Les composés carbonylés : Aldéhydes et Cétones 247

■ 1. Présentation 247 �1.1. Structure 247

�1.2. Propriétés spectroscopiques 248

�1.3. Réactivité 249

�1.4. Équilibre céto-énolique 249

■ 2. Réactions d’addition 250 �2.1. Addition de dihydrogène : hydrogénation 250

�2.2. Mécanisme général de l’addition nucléophile 251

�2.3. Addition des hydrures et des organomagnésiens 252

�2.4. Formation d’hydrates, d’hémiacétal et d’acétal 252

�2.5. Réaction avec les composés azotés 254

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IX

■ 3. Aldolisation, cétolisation 255 �3.1. Acidité du H en a de la fonction carbonyle 255

�3.2. Réaction d’aldolisation et de cétolisation 255

�3.3. Réaction de Cannizzaro 258

■ 4. Oxydation 258

■ 5. Un mot sur les glucides 259

Synthèse 262

QCM et exercices 263

Corrigés 266

Chapitre 14 Les acides carboxyliques et leurs dérivés 275

■ 1. Présentation des acides carboxyliques 275 �1.1. Structure 275

�1.2. Propriétés spectroscopiques 276

�1.3. Acidité 277

■ 2. Synthèse des dérivés d’acides carboxyliques 277 �2.1. Synthèse des chlorures d’acyle et des anhydrides 277

�2.2. Synthèse des esters 278

�2.3. Synthèse des amides 279

�2.4. Synthèse des nitriles 280

■ 3. Réactions des dérivés d’acides carboxyliques 281 �3.1. Réactivité 281

�3.2. Hydrolyse 281

�3.3. Autres réactions des acides et dérivés 284

■ 4. Les acides aminés 285

Synthèse 288

QCM et exercices 289

Corrigés 293

Fiche méthode 301

Index 307

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X

Avant-propos

Historiquement, la chimie organique fut définie comme étant la chimie du vivant par opposition à la chimie minérale ou inorganique qui s’intéressait à l'étude des subs tances issues du monde minéral. Contrairement aux substances minérales, les subs tances organiques, pensait-on alors, ne pouvaient pas être synthétisées ailleurs que dans un organisme vivant. Mais la découverte au xixe siècle de la possibilité de synthétiser certaines molécules (urée, méthanol, benzène…) a rendu cette première définition caduque.La chimie organique se définit aujourd’hui comme la branche de la chimie qui s’intéresse aux molécules contenant l’élément carbone, on parle aussi de chimie du carbone. Elle est un passage obligé vers la compréhension des autres disciplines de la biologie, en particulier de la biochimie qui s’intéresse spécifiquement aux molécules fabriquées par les organismes vivants.Cet ouvrage s’adresse tout particulièrement aux étudiants préparant les concours de la 1re année Santé. Le programme très lourd de cette année de concours oblige les étudiants à assimiler de très nombreuses connaissances en peu de temps. C’est pour-quoi cet ouvrage propose un cours concis mais complet, des exercices et des QCM inspirés ou extraits d’annales de différents CHU et des corrections d’exercices volon-tairement très détaillées afin que les étudiants puissent travailler en totale autonomie.Ce livre pourra également être utilisé par les étudiants de licence, de BTS ou d’IUT plus particulièrement ceux des filières liées à la biologie.La chimie organique se travaille nécessairement avec un papier et un stylo : pour assimiler correctement les notions de base, il sera nécessaire d’écrire et de réécrire les mécanismes, de représenter les molécules…Bon courage à tous et bon travail !

« Le plus simple écolier sait maintenant des vérités pour lesquelles Archimède eût sacrifié sa vie. »

Ernest Renan

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Structure des molécules

Plan Objectifs

1. Nomenclature systématique

2. Représentation des molécules

3. Isomérie

SynthèseQCM et exercicesCorrigés

• Savoir nommer une molécule simple

• Savoir représenter une molécule à partir de son nom systématique

• Connaître les représentations des molécules

■■■■ 1. Nomenclature systématique

❚ 1.1. Intérêt d’une nomenclature systématiqueLa chimie organique est la chimie des composés d’origine naturelle ou synthétique qui contiennent l’élément carbone.Les premières molécules organiques étaient extraites de produits naturels et portaient le nom de leur découvreur ou un nom rappelant leur origine (voir figures page suivante). Ce nom ne renseignait en rien sur la structure de la molécule.Avec l’explosion des méthodes d’extraction et surtout de la synthèse organique, un nombre considérable de molécules a fait son apparition, nécessitant l’introduction de règles de nomenclature systématique.Le nom de la molécule doit contenir toutes les informations sur l’organisation des atomes dans la molécule :

■ nombre d’atomes de carbone dans la chaîne carbonée ;

■ ramifications ;

■ nature, nombre et position des fonctions organiques.

Ces règles permettent d’associer à chaque formule développée un nom qui ne peut appartenir qu’à elle et, inversement, d’établir sans ambiguïté, à partir d’un nom, la structure du composé qu’il désigne.

ObjectifsPlan

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Cours Structure des molécules1

2

OH

O

OCH3

OH

CH2OH

O

HHO

OHH

OHH

CH2OH

N

N N

N

O

O

H OH

O

CH3 OHmenthol

(extrait de la menthe)

vaniline

fructose (sucre des fruits)

acide formique(du latin formica : fourmi)

acide acétique(du latin acetum : vinaigre)

caféine

O

Quelques exemples de noms triviaux

❚ 1.2. Les principales fonctions organiquesUne molécule organique est constituée d’une chaîne carbonée sur laquelle viennent se greffer soit des atomes d’hydrogène soit des groupements d’autres atomes. Chacun de ces groupements permet de déterminer la fonction organique d’une molécule.Les principales familles de composés organiques à connaître sont indiquées dans le tableau ci-dessous.

Principales famille de composés organiques

Famille Structure

Sans hétéroatome

Alcane H3C CH3

Alcène

C C

H

H

H

H

Alcyne C CH H

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Sans hétéroatome

Arène

Avec hétéroatome

Dérivé halogéné R X (X = F, Cl, Br, I)

Alcool R OH

Thiol R SH

AmineR NH 2 R NH R'

R N R'

R'' primaire secondaire tertiaire

Aldéhyde R

H

OC

Cétone R

R′

OC

le carbone fonctionnel est lié à 2 carbones

Imine R

C

R'

N R''

Acide carboxylique

O

OHR

C

Ester O

OR′R

C

Amide O

NH2R

O

NHR R'

O

NR R'

R''

CCC

R, R′ et R″ sont des groupements carbonés appelés groupes alkyles pouvant être identiques ou différents.

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Cours Structure des molécules1

4

La classe d’un dérivé monohalogéné, d’un alcool ou d’un thiol est le degré de substitution de l’atome de carbone portant l’hétéroatome (c'est-à-dire le nombre de carbone lié au groupe fonctionnel).

Exemples

alcool secondaire

CH3 C

CH3

CH3

OHCH3 CH

CH3

OHCH3 CH2 CH2 Cl

dérivé monohalogéné primaire alcool tertiaire

La classe d’une amine est le degré de substitution de l’atome d’azote.

Exemples

amine secondaire

CH3 N

CH3

CH3

CH3 NH

CH3

CH3 CH2 CH2 NH2

amine primaire amine tertiaire

Attention

Les étudiants ont tendance à voir des cétones partout. Il faut bien regarder à quels atomes est lié le carbone engagé dans la double liaison avec l’oxygène : il ne s’agit d’une cétone que si le carbone fonctionnel est lié à deux carbones. Si le carbone fonctionnel porte un carbone et un hydrogène (ou deux hydrogènes), il s’agit d’un aldéhyde. On dit aussi que dans une cétone, le carbone fonctionnel est en position centrale, alors qu’il est en position terminale dans un aldéhyde.

Si le carbone fonctionnel porte un hétéroatome, il s’agit d’une fonction trivalente (acide, ester, amide…)

❚ 1.3. Nomenclature des alcanesLe nom des alcanes linéaires est composé d’un préfixe indiquant le nombre d’atomes de carbone et de la terminaison « ane » indiquant que la molécule appar tient à la famille des alcanes.Les noms des dix premiers alcanes linéaires sont donnés dans le tableau ci-dessous.

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Les dix premiers alcanes linéaires

Nombre d’atomes de carbone

Nom de l’alcane

Nombre d’atomes de carbone

Nom de l’alcane

1 Méthane 6 Hexane

2 Éthane 7 Heptane

3 Propane 8 Octane

4 Butane 9 Nonane

5 Pentane 10 Décane

Pour les alcanes ramifiés, il faut indiquer la position et la nature des groupements alkyles.Le nom d’un groupement alkyle découle de celui de l’alcane de même nombre de carbone : on remplace la terminaison « ane » par « yl » : méthyl, éthyl, propyl, butyl…

1. On repère la chaîne carbonée la plus longue : c’est elle qui donnera son nom à l’alcane.

2. On numérote cette chaîne de manière à ce que la ramification porte le plus petit numéro possible.

3. On indique la position de la ramification, puis son nom, suivi du nom de l’alcane.

S’il y a plusieurs ramifications, on les énumère par ordre alphabétique.

Exemples

H3C CH2 CH CH3

CH3

4 3 2 1

4 carbones dans la chaîne principale : butane.Numérotation de droite à gauche pour que la ramification porte le plus petit numéro.Ramification méthyl sur le carbone 2.Nom : 2-méthylbutane.

H3C CH CH CH

CH3CH3

CH2

CH2

CH3

CH2 CH2 CH3

1 2 3 4 5 6 7 8

Nom : 4-éthyl-2,3-diméthyloctane.

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Cours Structure des molécules1

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❚ 1.4. Nomenclature des autres moléculesLe nom systématique des autres molécules découle de celui des alcanes : on enlève le « e » au nom de l’alcane et on ajoute une terminaison qui indique à quelle famille la molécule appartient.Quand une molécule possède plusieurs fonctions, celle qui donne la terminaison du nom et la numérotation de la chaîne carbonée est la fonction la plus oxydée, on parle de fonction prioritaire. Les fonctions secondaires sont traitées comme les ramifications : on les indique par un préfixe précédé d’un indice de position.Les terminaisons pour les différentes fonctions rencontrées et les préfixes utilisés pour les fonctions secondaires sont regroupés dans les tableaux ci-dessous.

Terminaisons indiquant la famille.

Fonction TerminaisonPréfixe

pour une fonction secondaire

Alcène (an)-ène

Alcyne (an)-yne

1 Amine primaire -amine Amino

2 Thiol -thiol Mercapto

3 Alcool -ol Hydroxy

4 Cétone -one Oxo

5 Aldéhyde -al Oxo

6 Nitrile -nitrile Cyano

7 Amide -amide Carboxamido

8 Ester -oate d’ -yle Carboalkoxy

9 Acide carboxylique acide -oïque Carboxy

Les fonctions 1 à 9 sont classées par ordre de priorité croissante.

Attention

Il faut être vigilant à bien repérer la chaîne carbonée la plus longue comportant la fonction principale et à la numéroter en partant d’une extrémité de manière à ce que le carbone portant la fonction prioritaire porte le plus petit numéro.

Voir chapitre 12 pour plus d’information sur la nomenclature des amines.

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Exemples

CH3 CH C

O

H

OH

2-hydroxypropanal

CH3 C

O

CH2 C

O

OH

acide 3-oxobutanoïque

à noter

Quand un alcène possède une autre fonction, on utilise une double terminaison.

Exemples H2C CH CH2 OH prop-2-én-1-ol.

H2C CH CH2 C

O

OH acide but-3-énoïque.

■■■■ 2. Représentation des molécules

❚ 2.1. Formules de constitutionLa formule brute ne donne que la composition de la molécule et ne renseigne pas sur l’arrangement des atomes.

Exemple C2H

6O

La formule développée fait apparaître toutes les liaisons de la molécule.

Exemple C C O

H

H

H

H

H

H

La formule semi-développée ne fait pas apparaître les liaisons simples avec l’hydrogène.

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Cours Structure des molécules1

8

Exemple CH3 CH2 OH

La formule topologique ne fait apparaître que les hétéroatomes et symbolise les liaisons carbone–carbone par un tiret.

Exemple OH

❚ 2.2. Représentation spatialeCertaines molécules ne diffèrent que par l’arrangement des atomes dans l’espace, il est donc nécessaire de disposer de représentations rendant compte de la structure spatiale des molécules.

Représentation de CramLa représentation de Cram du méthane (CH

4) est la suivante :

■ Un trait plein représente une liaison dans le plan de la feuille.

■ Un triangle noir représente une liaison en avant du plan.

H

C

HH

H

■ Un triangle hachuré représente une liaison en arrière du plan.

Attention

Beaucoup d’étudiants utilisent mal cette représentation. Deux erreurs fréquentes sont à éviter :

• Desanglesdroitsentrelesliaisons:

L’angle entre les deux traits plein représentant les deux liaisons dans le plan doit être supérieur à 90°.

• Une liaison en dehors du plan de la feuille dessinée entre les deux liaisons dans le plan :

Il ne doit pas y avoir de liaisons vers l’avant ou vers l’arrière dans cet espace.

De façon générale, il faut que le correcteur puisse se représenter la géométrie tétraé-drique du carbone en regardant votre représentation.

Représentation en projection de NewmanPour passer de la représentation de Cram à celle de Newman, on regarde la molécule dans l’axe de la liaison entre 2 carbones voisins et on projette dans un plan frontal.

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9

Structure des molécules Cours 1©

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L’atome de devant est représenté par un cercle, les liaisons sont représentées par des segments issus du centre du cercle. L’atome de derrière est masqué, les liaisons sont représentées par des segments qui s’arrêtent à la périphérie du cercle.

Exemple pour l’éthane

Représentation de FischerC’est une représentation en deux dimensions, utilisée notamment pour les oses et les acides aminés. La molécule est construite en forme de croix, le carbone central est situé au point d’intersection. Les lignes horizontales pointent vers l’avant, les lignes verticales vers l’arrière.

CHO

OH

CH3

H C

CHO

CH3

OHH=

CHO

HOH

CH3

=

Pour les oses et les acides aminés, on place la chaîne carbonée la plus longue verti-calement, la fonction la plus oxydée vers le haut, on numérote la chaîne carbonée de manière à ce que la fonction la plus oxydée ait le plus petit numéro (donc de haut en bas). Si le stéréocentre de numéro le plus élevé est représenté en Fischer avec la fonction –OH ou –NH

2 vers la gauche, l’ose ou l’acide aminé appartient à la série L,

sinon, il appartient à la série D.

CHO

HHO

OHH

CH2OH

HOse de la série DD-thréose

Acide aminé de la série LL-alanine

H2N

COOH

CH3

■■■■ 3. Isomérie

On appelle isomères des molécules différentes ayant la même formule brute. L’isomérie se divise en plusieurs familles (voir figure ci-après).

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Cours Structure des molécules1

10

Isomères de chaîne(enchaînement des atomes de C différent)

Isomères de constitution(enchaînement des atomes différent)

Isomères de fonction(groupes fonctionnels différents)

Isomères de position(positions différentes des groupes fonctionnels)Isomères

(même formule brute)

Stéréoisomères (même constitutionmais structuresspatiales différentes)

Conformères ou stéréoisomères de conformation (stuctures différentes d’une même molécule obtenues par rotations autour de liaisons simples C-C)

Stéréoisomères de configuration(le passage d’une stucture à l’autrenécessite la ruptured’une liaison)

Énantiomères

Diastéréoisomères

Les différentes familles d’isomères

La notion de stéréoisomérie sera largement développée dans les chapitres 2 et 3.

Synthèse

Je sais définir

•Hétéroatome

•Isomérie

Je connais

•Les principaux groupes fonctionnels

•Les formules de constitution

•La représentation de Cram

•La représentation de Newman

•La représentation de Fischer

•Les différents types d’isomérie

Je sais

•Utiliserlesrèglesdenomenclaturesystématiquepournommerunemolécule

•Représenter une molécule à partir de son nom systématique

•Passer de la représentation de Cram à celle de Newman et vice versa

•Passer de la représentation de Cram à celle de Fischer et vice versa

•Prévoir la série L ou D d’un sucre ou d’un acide aminé

Synthèse

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Structure des molécules Entraînement 1©

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Questions à choix multiples et exercices

1 La (+) Hernandulcine a un pouvoir sucrant 1 000 fois supérieur à celui du saccharose mais son utilisation comme édulcorant n’est pas autorisée contrairement à l’aspartame dont le pouvoir sucrant est 110 fois supérieur à celui du saccharose.

Les deux molécules sont représentées ci-dessous.

O

H3C

HHOH

(+) Hernandulcine

HN

CH2COOH

O

OCH3

NH2

H

HO

Ph

Aspartame

Parmi les affirmations suivantes, concernant ces deux molécules, lesquelles sont correctes ?

❒ a. Les deux molécules possèdent une fonction cétone. ❒ b. La (+)Hernandulcine possède une fonction alcool secondaire. ❒ c. L’aspartame possède une fonction amine secondaire. ❒ d. L’aspartame possède une fonction ester. ❒ e. L’aspartame possède deux fonctions acide carboxylique.

2 Attribuer à chaque molécule son nom systématique.

OH O

O

O

OO

H

NH2O

OH

1 2 3 4

OH OO

O

OH

NH25 76

a. 4,5-diméthyl-oct-2-ol b. acide pent-3-ènoïque.

Questions à choix multiples et exercices

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12

Structure des moléculesEntraînement1

❒ a. 4,5-diméthyloctan-2-ol ❒ b. acide pent-3-ènoïque. ❒ c. 5-oxohexanal ❒ d. 3-aminobutanal. ❒ e. acide 2-aminobutanoïque. ❒ f. 5-hydroxy-4-éthylheptan-3-one. ❒ g. 3-oxobutanoate d’éthyle.

3 Parmi ces différentes propositions, laquelle est conforme à la nomenclature systématique ?

❒ a. 7-amino-5-hydroxy-4,8-diméthylnonan-1,3-dione. ❒ b. 7-amino-5-hydroxy-4,8,8-triméthyl-3-oxooctanal. ❒ c. 7-amino-5-hydroxy-4,8-diméthyl-3-oxononanal. ❒ d. 7-amino-5-hydroxy-4,8-diméthyl-1-oxonon-3-one.

4 Quelles sont les propositions exactes parmi ces affirmations concernant la repré sentation des molécules ?

❒ a. La formule topologique ne donne que la composition en atomes de la molé cule. ❒ b. Plusieurs molécules différentes peuvent avoir la même formule brute. ❒ c. Plusieurs molécules différentes peuvent avoir la même formule semi-dévelop pée. ❒ d. La représentation de Cram apporte plus d’informations sur la structure spatiale de

la molécule que la formule développée. ❒ e. La représentation de Fischer apporte plus d’informations sur la structure spatiale

de la molécule que la représentation de Cram.

5 On s’intéresse aux isomères acycliques du pent-1-ène. Parmi les affirmations suivantes, lesquelles sont correctes.

❒ a. La formule brute du pent-1-ène est C5H

12.

❒ b. Le pent-1-ène et le pent-2-ène sont isomères de fonction. ❒ c. Il existe 5 isomères linéaires du pent-1-ène. ❒ d. Le 2-méthylbut-1-ène et le 3-méthylbut-1-ène sont isomères de position. ❒ e. Le pent-2-ène existe sous forme de 2 stéréoisomères

6 Soit la molécule suivante notée A.

H3C

HHO CHO

CH3H

Parmi les représentations suivantes, lesquelles sont des représentations correctes de A ?

❒ a.

CHO

CH3HCH3

HO H ❒ c.

CH3

H OHCHO

HH3C

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❒ b.

CHO

CH3HCH3

H OH ❒ d.

CHO

H3C H

CH3

HO H

7 Soit la molécule A :

H3C

CHO

H OH

OHH

A

Parmi les représentations suivantes, lesquelles correspondent à A ?

CH 3

HO H

CHO

OH H

CHO

H OH

CH 3

HO H CH 3

H OH

CHO

OHH

CHO

H HO

CH 3

HO H

CHO

H HO

CH 3

OH H

� d. � e.

� c.� b.� a.

8 On donne la représentation de Cram du D-glucose :

HOH2CC

CC

CCHO

H

H

H

OH

HOHO

HOH

Parmi les affirmations suivantes, lesquelles sont correctes : ❒ a. Le D-Glusose possède une fonction cétone ❒ b. Le D-Glucose possède 5 fonctions alcool secondaire ❒ c. Le nom systématique du D-glucose est 2, 3, 4, 5, 6-pentahydroxyhexanal

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Structure des moléculesEntraînement1

❒ d. Dans la représentation de Fischer du D-Glucose, le groupement -OH porté par l’avant dernier carbone de la chaine est à droite.

❒ e. En représentation de Fischer, tous les groupements –OH sont à droite.

9 On considère les molécules suivantes :

A B C

D

O

O

OOH

Parmi ces affirmations lesquelles sont correctes ? ❒ a. B et D sont isomères de fonction. ❒ b. A et D sont isomères de position. ❒ c. A et D sont isomères de chaîne. ❒ d. C et D sont isomères de fonction. ❒ e. C et D sont isomères de chaîne.

10 Indiquez si chacune des propositions suivantes est vraie ou fausse : ❒ a. Le nom officiel de la molécule suivante est 3-éthyl-5-hydroxypent-2-èn-4-one

O

OH

❒ b. L’hexan-2-ol et l’hexan-3-ol sont isomères de fonction. ❒ c. Il existe 4 alcools primaires de formule C

5H

12O.

❒ d. Il existe 3 esters de formule C4H

8O

2.

❒ e. Il existe 3 composés cycliques de formule C4H

8O.

❒ f. Les 2 structures suivantes sont identiques :

CHO

HHO

OHH

CH2OH

et

OHC

HHO

CH2OH

OHH

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11 L’acide ricinoléique ou acide 12-hydroxy-9-octadécénoïque est un acide gras obtenu par saponification de l’huile de ricin. Quelles sont les fonctions organiques présentes ? Préciser éventuellement leur classe.

HH

C C

(CH2)7

OH

H COOHH2C

C6H13

12 Donner la formule topologique de l’acide 2-amino-3-oxopentanoïque.

Corrigés

1 Affirmations correctes : b. et d.

HN

O

CH2COOH

O

OCH3

H3C

H

NH2

H

HO

Ph

HOH

alcène

cétone

alcool secondaire

alcène

ester

acide carboxyliqueamide

amine primaire

La classe d’un alcool est le degré de substitution de l’atome de carbone portant l’oxygène, la classe d’une amine est le degré de substitution de l’atome d’azote.

Corrigés

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Structure des moléculesEntraînement1

2OH O

O

O

OO

H

NH2O

OH

1 2 3 4

OH OO

O

OH

NH25 76

1.f. : 5-hydroxy-4-éthylheptan-3-one.2.g. : 3-oxobutanoate d’éthyle.3.d. : 3-aminobutanal.4.b. : acide pent-3-ènoïque.5.a. : 4,5-diméthyloctan-2-ol6.c. : 5-oxohexanal7.e. : acide 2-aminobutanoïque.

3 Nom correct : c. 7-amino-5-hydroxy-4,8-diméthyl-3-oxononanal.

Cela correspond à la formule topologique :

O O OH NH2

3 4

6

7

8

9

2

1 5

a. Sur le premier carbone, il s’agit d’une fonction aldéhyde et non pas cétone.

b. Il s’agit d’une chaîne carbonée à neuf atomes de carbone (il ne peut pas y avoir de ramification sur les premiers ou le dernier atome de la chaîne).

d. La fonction aldéhyde est prioritaire sur la fonction cétone, c’est elle qui donne la terminaison du nom de la molécule.

4 Affirmations correctes : b., c. et d.

a. La formule topologique renseigne sur l’enchaînement des atomes, c’est la formule brute qui ne donne que la composition de la molécule.

b. Deux isomères ont la même formule brute mais des formules semi-développées (ou développées ou topologiques) différentes. Par exemple, les deux molécules suivantes (une cétone et un énol) ont pour formule brute C

4H

8O :

OHO

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Structure des molécules Entraînement 1©

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c. Deux stéréoisomères ont la même formule semi-développée et différent par l’arrangement des atomes dans l’espace. Par exemple, les deux alcènes suivants ont la même formule semi-développée :

H3C

C C

H CH3

H H

C C

H3C CH3

H

H3C CH CH CH3

Ce sont deux molécules différentes, répondant au même nom (but-2-ène), ayant des propriétés physico-chimiques différentes. Pour passer d’une structure à l’autre, il faut rompre la liaison double, il s’agit de stéréoisomères de configura tion (voir chapitre 3).

d. La représentation de Cram rend compte de la géométrie de la molécule alors que la formule développée ne donne que l’enchaînement des atomes.

e. Les deux représentations de Cram et Fischer apportent les mêmes informations, elle renseigne sur l’organisation des atomes dans l’espace.

5 Affirmations correctes : d. et e.

On peut donner 6 structures différentes correspondant à des isomères acycliques de formule brute C

5H

10.

isomérie deposition

diastéréoisomérie

isomérie de chaîne

isomérie de position

pent-1-ène (E)-pent-2-ène (Z)-pent-2-ène

2-méthylbut-1-ène 3-méthylbut-1-ène 2-méthylbut-2-ène

Il n’y a que 2 positions possibles pour la double liaison (le pent-3-ène n’existe pas, il s’agit du pent-2-ène).

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Structure des moléculesEntraînement1

Pour le pent-2-ène de formule semi-développée CH3-CH=CH-CH

2-CH

3, on peut donner deux

organisations spatiales différentes, on dit que le pent-2-ène possède 2 stéréoisomères ; il s’agit de diastéréoisomères, cette notion sera développée dans le chapitre 3.

6 Représentations correctes : a., c. et d.

Il y a deux manières de représenter la molécule en Newman, selon qu’on la regarde dans l’axe C

2-C

3 ou C

3-C

2.

H3C

HHO CHO

CH3H

CH3

H OHCHO

HH3C

CHO

CH3HCH3

HO H

2

3

En Fischer, il n’y a qu’une possibilité : il faut mettre la chaîne carbonée verticalement, fonction aldéhyde en haut de manière à ce que les groupements portés par les carbones 2 et 3 pointent vers l’avant.

H3C

HHO CHO

CH3H

H3C

HHO

CHO

CH3

H

CH3HHO

CHOH3C

H CHO

H3C H

CH3

HO H

7 Affirmations correctes : b., c. et d.

En Newman, selon que l’on regarde la molécule dans l’axe C2– C

3 ou C

3– C

2, on a deux

possibilités :

H3C

CHO

H OH

OHHCH3

H OHCHO

OHH

A

CHO

HHOCH3

HO H

3 2

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Structure des molécules Entraînement 1©

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En Fischer, une seule possibilité existe :

CHO

H OH

CH3

HO HCH3

HHO

CHOHHO

H3C

CHO

H OH

OHHA

■■■❙ RemarqueLa proposition e. ne respecte pas la convention de Fischer qui prévoit de mettre la fonction la

plus oxydée (– CHO) en haut.

8 Affirmations correctes : c. et d.

Le D-Glucose possède une fonction aldéhyde et 5 fonctions alcool (une primaire et quatre secondaires).

Le nom systématique du D-glucose est le 2, 3, 4, 5, 6-pentahydroxyhexanal.

Pour passer en représentation de Fischer, il faut tourner les liaisons de manière à ce que la chaîne carbonée pointe vers l’arrière.

HOH2C

C C

C C

CHO

H

H

H

HO

OH

OH

HO

H

C C

CHO

HOH

C

C CH2OH

HO

HO

H

H

HHO

rotation de 180°

des liaisons C-C

En Fischer, on regarde la molécule de manière à voir la chaîne carbonée la plus longue verticalement, fonction la plus oxydée vers le haut.

C C

CHO

HOH

C

C CH2OH

HO

HO

H

H

HHO

CHO

C

C

C

C

CH2OH

H

OH

H

H

OH

H

OH

OH

CHO

OHH

HHO

OHH

OHH

CH2OH

on dépliela chaîne

Cette molécule appartient à la série D car la fonction OH du dernier stéréocentre (carbone 5) est à droite en représentation de Fischer.

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Structure des moléculesEntraînement1

■■■❙ RemarqueAu chapitre 3, on verra comment vérifier de manière systématique le passage d’une repré-sentation de Cram à une représentation de Fischer.

9 Affirmations correctes : b. et e.

Pensez à écrire la formule brute des molécules pour s’assurer qu’il s’agit d’isomères (C6H

10O

pour A, C6H

12O pour B, C et D).

10

a. FAUX. Le nom officiel de la molécule est 3-éthyl-1-hydroxypent-3-èn-2-one

b. FAUX. L’hexan-2-ol et l’hexan-3-ol sont isomères de position.

c. VRAI. Les 4 alcools primaires de formule C5H

12O sont :

OH

OH

OH

OH

d. FAUX. Il existe 4 esters de formule C4H

8O

2 :

O

O

O

O

O

O

O

O

e. FAUX. Il existe de nombreux composés cycliques de formule C4H

8O, le cycle pouvant ou

non comporter l’atome d’oxygène, par exemple :

OO

OH

O

f. FAUX.

CHO

OHH

OHH

CH2OHOHC

HHO

CH2OH

OHH

=

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11

HH

C C

(CH2)7

OH

H COOHH2C

C6H13 alcool secondaire

acide carboxylique

alcène

12 acide 2-amino-3-oxopentanoïque : 3 fonctions organiques : acide carboxylique (prioritaire), anime primaire et cetone.

OH

O

NH2

O

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