Chimie organique 1^e S

I ) Formules d’une molécule :

1) La formule brute

Du type C_xH_yO_z(il peut y avoir d'autres éléments), elle nous renseigne sur la nature et le nombre des atomes constitutifs. Par exemple l'éthanol a pour formule brute C₂H₆O.

2) La formule développée plane

Elle fait apparaître tous les atomes dans le même plan et toutes les liaisons entre ces atomes.

éthanol :

3) La formule semi-développée (plane)

Elle dérive de la précédente par suppression des liaisons mettant en jeu l'hydrogène

(C—H; O—H; N—H;...). éthanol : CH₃-CH₂-OH

4) La formule de Lewis (ou représentation de Lewis)

Elle ressemble à la formule développée plane à laquelle on ajoute les doublets non liants

5) La formule topologique :

La chaîne carbonée est représentée par une ligne brisée. Chaque extrémité de segment représente un atome de carbone portant autant d'atomes d'hydrogène qu'il faut respecter la règle de l'octet. Les atomes autres que C sont représentés de manière explicite ainsi que les atomes d'hydrogène qu'ils portent.

La chaîne carbonée est dite saturée si elle ne présente que des liaisons simples C—C.

Elle est dite insaturée si elle présente au moins une liaison multiple entre deux atomes de carbone (appelée insaturation).

II ) Familles :

1) Alcanes.

Les alcanes sont des hydrocarbures saturés, constitués d'atomes de carbone et d'hydrogène liés entre eux par des liaisons simples C—C et C—H (pas d'insaturation ). Formule brute : C_nH_2n+2
Le nom s'obtient en ajoutant la terminaison ane à un préfixe indiquant le nombre de carbone.

formule	nombre de C	préfixe	nom
CH₄	1	méth	méthane
CH₃—CH₃	2	éth	éthane
CH₃—CH₂—CH₃	3	prop	propane
CH₃—CH₂—CH₂—CH₃	4	but	butane
CH₃—CH₂—CH₂—CH₂—CH₃	5	pent	pentane
CH₃—CH₂—CH₂—CH₂—CH₂—CH₃	6	hex	hexane

Pour nommer un alcane ramifié, on cherche le nom de l'alcane linéaire correspondant à la chaîne la plus longue (chaîne principale) : pentane , puis celui du groupe alkyle correspondant à la ramification en supprimant le e final du groupe alkyle : méthyl , que l'on place devant accolé à pentane. Puis on place devant un nombre indiquant la position du groupe sur la chaîne principale en le séparant par un tiret. On numérote les atomes de carbone de la chaîne principale à partir de l'une de ses extrémités, puis on essaie de l'autre extrémité et on choisit l'indice de position du groupe alkyle le plus petit des 2 cas. Si la chaîne principale porte plusieurs groupes alkyle, on indique leur nom par ordre alphabétique. Lorsque plusieurs groupes alkyle sont identiques, on utilise les préfixes di, tri, tétra..
Pour déterminer le sens de numérotation des atomes de carbone de la chaîne principale, on écrit par ordre croissant (sans se préoccuper de l'ordre alphabétique) les indices de position des groupes alkyle en partant successivement des deux extrémités de la chaîne principale.
On obtient deux nombres. On retient la numérotation de la chaîne qui conduit au plus petit de la somme de ces deux nombres.

Exemple : 3-éthyl-2,2-diméthylhexane

v Deux corps isomères sont des composés qui ont la même formule brute mais des structures différentes.

v Des isomères de constitution ont la même formule brute mais des formules développées planes (ou semi-développées) différentes.

Exemples : formule brute C₄H₁₂ : isomères :

et CH₃-CH₂-CH₂-CH₃

2) Les alcènes

Un alcène est un hydrocarbure possédant une double liaison C==C.
Ils sont insaturés. Leur formule est du type C_nH_2n ( n entier )

Pour les nommer, on détermine la chaîne carbonée la plus longue incluant la double liaison, on en déduit le préfixe. La terminaison ane des alcanes est remplacée par la terminaison ène des alcènes. On numérote la chaîne principale et on précise le numéro (placé entre tirets) de l'atome de carbone de plus petit indice portant la double liaison.

v Isomères Z ou E : Cette isomérie concerne certaines molécules de dérivés éthyléniques, c'est-à-dire des molécules présentant non seulement au moins une double liaison entre deux atomes de carbone mais aussi une structure du type: A HC=CH B
(les groupes A et B pouvant être identiques mais différents de H ).
On distingue 2 molécules différentes isomères par les lettres Z ou E ( placées entre parenthèses devant le nom ) selon que les atomes d'hydrogène situés aux extrémités de la liaison C=C sont respectivement du même côté ou de part et d'autre de l'axe C=C..
Ces 2 molécules sont différentes car il n'y a pas libre rotation autour de la double liaison C=C, elles ne sont donc pas superposables.

Isomère (Z) Isomère (E)

v Les dérivés éthyléniques donnent aussi lieu à une isomérie de position. C'est une isomérie de constitution qui n'est pas une isomérie de chaîne. Elle est due à la possibilité de rencontrer la double liaison C=C en différents endroits de la chaîne carbonée.

3) Composés halogénés :

Ce sont les molécules ayant un groupe halogéno –X (F, Cl, Br, ou I) . Formule R—X.

Leur nom s'obtient en faisant précéder le nom de l'alcane dont il dérive du préfixe fluoro, chloro, bromo ou iodo, précédé de l'indice de position de ce groupe suivi d'un tiret.
Par exemple: CH₃—CHCl—CH₃ 2-chloropropane

4) Les alcools :

Ce sont les molécules ayant un groupe hydroxyle OH . Formule R—OH.

Leur nom s'obtient en remplaçant le e final du nom de l'alcane dont il dérive par le suffixe ol précédé de l'indice de position du carbone fonctionnel (le carbone qui porte le groupe hydroxyle) encadré par deux traits .

Par exemple : CH₃—CH₂—CH₂—OH propan-1-ol (classe : primaire)

CH₃—CHOH—CH₃ propan-2-ol (classe : secondaire)

CH₃—C(CH₃)OH—CH₃ 2-méthylpropan-2-ol ( classe : tertiaire)

La classe d’un alcool dépend du nombre d’atomes d’hydrogène portés par le carbone fonctionnel d’hydrogène ; pour un alcool secondaire, le carbone fonctionnel porte 1 atome d’hydrogène, pour un alcool tertiaire, le carbone fonctionnel ne porte aucun atome d’hydrogène,

5) Les amines :

Ce sont les molécules ayant un groupe amino . Formule : R—NH₂.

Leur nom officiel s'obtient en remplaçant le e final de l'alcane dont il dérive par le suffixe amine. (Une nomenclature plus courante (nomenclature usuelle ) consiste à ajouter le suffixe amine au nom du radical alkyle —R après en avoir supprimé le e final ).

Pour le nom et la classe, on utilise les mêmes règles que pour les alcools.
Par exemple: CH₃—CH₂—CH₂—NH₂ propanamine (nom usuel propylamine)

6) Les composés carbonylés :

On rencontre deux familles chimiques de composés présentant le groupe carbonyle.

a) Les aldéhydes.

Le groupe carbonyle –CHO est obligatoirement situé en bout de chaîne. Formule R—CHO.

Leur nom s'obtient en remplaçant le e final de l'alcane dont il dérive par la terminaison al.
La chaîne carbonée d'un aldéhyde est numérotée à partir du carbone fonctionnel (le carbone du groupe carbonyle). Par exemple: CH₃—CH₂—CHO propanal

b) Famille des cétones.

Le groupe carbonyle est obligatoirement situé dans la chaîne . Formule R₁—CO—R₂.

Leur nom s'obtient en remplaçant le e final de l'alcane dont il dérive par la terminaison one précédée de l'indice de position du carbone fonctionnel (carbone du groupe carbonyle).

Par exemple : CH₃—CO—CH₃ propanone ( ou acétone ( nom usuel))

CH₃—CO—CH₂—CH₃ butan-2-one.

7) Les acides carboxyliques :

Ce sont les molécules ayant un groupe carboxyle obligatoirement en bout de chaîne.
Formule : R—COOH .

On obtient leur nom en remplaçant le e final de l'alcane dont il dérive par la terminaison oïque et en le faisant précéder du mot acide.
On numérote la chaîne carbonée à partir du carbone fonctionnel (carbone du groupe carboxyle).

Exemple: CH₃—COOH acide éthanoïque , CH₃—CH(CH₃)—COOH acide 2-méthylpropanoïque

II ) Caractérisation des familles :

1) Les composés halogénés :

Les composés halogénés se caractérisent par la formation d'un précipité d'halogénure d'argent (qui noircit à la lumière) lorsqu'on verse une solution alcoolique de nitrate d'argent.

2) Les amines :

Une amine se caractérise par le caractère basique de sa solution aqueuse.
Elle fait partie du couple acide/base : R—NH₃⁺ / R—NH₂

Le caractère basique est indiqué par la présence d'ions hydroxyde HO^- en solution aqueuse.
Le test consiste à mesurer le pH avec un pH-mètre, un indicateur coloré ou du papier pH ; une valeur supérieure à 7 met en évidence la présence d’une amine.

3) Les acides carboxyliques :

Leur solution aqueuse est acide. Un acide carboxylique fait partie du couple acide/base

R—COOH / R—COO^- acide carboxylique / ion carboxylate

Le caractère acide est indiqué par la présence d'ion oxonium H₃O⁺ en solution aqueuse.
Le test consiste à mesurer le pH avec un pH-mètre, un indicateur coloré ou du papier pH ; une valeur inférieure à 7 met en évidence la présence d’un acide.

3) Les composés carbonylés :

a) Test commun aux aldéhydes et aux cétones :

Les composés carbonylés (aldéhydes et cétones) se caractérisent à l'aide de la 2,4-dinitrophénylhydrazine (DNPH) avec laquelle ils donnent un précipité jaune - orangé de
2,4-dinitrophénylhydrazone.

b). Tests spécifiques des aldéhydes.

v Liqueur de Fehling: Le chauffage modéré d'un mélange contenant de la liqueur de Fehling et un aldéhyde conduit à un précipité rouge brique (constitué d'oxyde de cuivre (I) Cu₂O).

v Réactif de Tollens (solution de nitrate d'argent ammoniacal): Le chauffage modéré (50°C à 60°C au bain marie) d'un mélange de réactif de Tollens et d''aldéhyde dans une verrerie très propre conduit à la formation d'un miroir d'argent sur les parois de la verrerie.

v Réactif de Schiff (fuschine décolorée par le dioxyde de soufre): A froid et en milieu non basique, en présence d'un aldéhyde le réactif de Schiff prend une teinte rose- violacée.