Ministre de lEnseignement Suprieur et de la Recherche

Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique Université d’Oran Es-Senia Faculté de Médecine Module de Chimie

Chimie I : Chimie générale Chimie II : Chimie organique

Chimie organique

Chapitre I : Les fonctions organiques. composés organiques, formules, fonctions, et nomenclature.

Chapitre II : Effets électroniques dans les molécules effet inductif, effet mésomère.

Chapitre III : Isomérie : Structure et réactivité.

Chapitre IV : Etude des mécanismes réactionnels. Réactions en chimie organique : IV. 1. Addition. IV. 2. Substitution nucléophile. IV. 3. Elimination. IV. 4. Substitution électrophile. Aspect cinétique des réactions.

La chimie organique est la chimie des composés du carbone d'origine naturelle ou produits par synthèse.

Ø Ces composés présentent par ailleurs un nombre très limité d'éléments autres que le carbone. Ø On trouve en particulier les éléments hydrogène (H), oxygène (O), azote (N), phosphore(P), soufre(S) et les halogènes ( F, Cl, Br, I).

Le symbole du noyau de l'atome de carbone est: 12 C 6 Cet atome possède 6 protons. La neutralité électrique de l'atome impose qu'il possède aussi 6 électrons qui se répartissent, dans l'état fondamental, sur les deux premières couches suivant la formule électronique (K)2(L)4.

Ø Cette répartition électronique fait apparaître 4 électrons périphériques. La règle de l'octet permet de prévoir que l'atome de carbone engagera 4 liaisons covalentes (4 doublets liants) de façon à acquérir une structure périphérique en octet. Ø Les quatre liaisons de l'atome de carbone peuvent être distribuées de trois façons différentes dans l'espace (voir le tableau ci-dessous).

Carbone tétragonal Exemple: le méthane Carbone trigonal Exemple: L'éthylène Carbone digonal Exemple: L'acétylène

Chapitre I : Nomenclature I / Formules des composés organiques : Ø Tout composé organique correspond une formule brute exp : Cx. Hy. Oz Remarque : en dehors des C, H, les autres éléments sont des hétéroatomes.

Ø La même formule brute correspondent plusieurs corps dits « isomères » Exp : C 2 H 6 O CH 3 -O-CH 3 Ether CH 3 -CH 2 -OH Alcool

Ø La formule développée planes permet de distinguer les isomères. Elle donne les positions relatives des atomes dans la molécule. Chaîne carbonée linéaire : formule développée. Série Aliphatique Chaîne carbonée linéaire formule semi développée. Chaîne carbonée ramifiée.

Ecriture simplifiée CH 3 -CH 2 -CH 3 Les sommes représentent les C On ne mentionne pas les H Chaine carbonée cyclique Chaine carbonée aromatique

Chaine carbonée ramifiée

La valence de chaque atome est respectée H monovalent, O divalent, N trivalent, C tétravalent.

• II) Fonctions, groupes fonctionnels Des substances chimiques présentant un ensemble de propriétés chimiques communes contiennent des groupes identiques d’atomes, ces groupements sont appelés groupements fonctionnels. Exp. Groupe fonctionnel carboxylique -COOH

1/ Hydrocarbures aliphatiques (à chaine ouverte) : On les subdivise en trois groupes • Les Alcanes (hydrocarbures saturés) de formule générale Cn. H 2 n+2 (exp : C 3 H 8) • Les Alcènes (hydrocarbures insaturés : éthylénique) • (C=C) de formule générale Cn. H 2 n. (exp : C 3 H 6) • Les alcynes ((hydrocarbures insaturés : acéthylénique) (C C) de formule générale Cn. H 2 n-2 (exp : C 3 H 4)

2/ Hydrocarbures cycliques (à chaîne fermée) : • Les Alcanes cycliques de formule générale Cn. H 2 n donc isomères des alcènes aliphatiques. Exp. C 3 H 6 • Les Alcènes cycliques de formule générale Cn. H 2 n-2, isomères des alcynes aliphatiques. Exp. C 5 H 8 • Les alcynes cycliques Cn. H 2 n-4 n≥ 8 Exp. C 8 H 12

3/ Hydrocarbures aromatiques • Ces molécules comportent un ou plusieurs cycles benzéniques Benzène Exp.

• Halogène • Monohalogéné • Dihalogéné • Trihalogéné

• -M : organométallique • Oxygène: Alcool carbonyle : aldéhyde ou cétone acide carboxylique ester

• Chlorure d’acide • Anhydride • Amide

• Azote Amine Imine Nitrile • Soufre Thiol

III Nomenclature : • A un nom donné ne peut correspondre qu’une seule formule donc un seul composé. • IUPAC “International Union of Pure and Applied Chemistry” à partir des règles précises, permet de nommer les composés organiques en prenant comme référence les hydrocarbures saturés.

TABLEAU I

• Dans le cas d’une ramification d’une molécule, ils se forment des radicaux de formule générale Cn H 2 n+1 ; Résultent de l’enlèvement d’un H à partir d’un alcane, appelés groupements alkyles. Ils sont nommés en remplaçant la terminaison « ane » par « yle »

TABLEAU II :

Sec -butyle CH 3 CH 3 - C - (CH 2)n – CH 3 H • Un isoalcane • Exp: n=1=isopentane

CH 3 • CH 3 - C -(CH 2)n – H CH 3 • Un néoalcane • Exp: n=2→ néohexane

• La construction de la nomenclature s’effectue en deux étapes : → on établit d’abord le nom de la chaîne carbonée qui constitue la base du nom du composé. → on ajoute en suite des préfixes et /ou suffixes ainsi que des indices numérique, indiquant la nature et la position sur la chaîne des atomes ou groupes particuliers.

Règle IUPAC ❶ • ) Repérer et nommer la chaîne la plus longue que l’on puise trouver au sein de la molécule. • Exp : un décane substituté par un éthyle et deux méthyles.

• ) si une molécule présente deux ou plusieurs chaînes d’égale longueur, on choisit la chaîne qui porte le plus grand nombre de substituants. Exp : (correcte) un heptane, 4 substituants (incorrecte) un heptane, 3 substituants

Règle IUPAC ❷ : • ) Nommer tous les groupes carbonée greffés sur la plus longue chaîne entant que substituant alkyles. • ) si la chaîne du substituant est elle-même ramifiée, la même règle s’applique : on recherche d’abord la chaîne la plus longue puis on nomme toutes les annexes.

• Exp : isoproyle (Nom courrant ) 1 -méthyle (Nom systématique ) SEC- butyle ( Nom courrant ) 1 - méthylpropyle

Règle IUPAC❸ : • )Numéroter les carbones de la chaîne la plus longue en commençant par l’extrémité la plus proche d’un substituant. Exp 1 : 2 2 6 (correcte) 4 8 8 (incorrecte)

• Exp 2. • 2 + 4 < 3+5 correcte

• Si 2 substituants sont à égale distance des deux extrémités de la chaine, on se base sur l’alphabet pour décider le sens du numérotation du substrat. • Exp. Et en position 3 Me en position 6

Règle IUPAC ❹ : Ecrire le nom de l’alcane en arrangeant tout d’abord tous les substituants par ordre alphabétique (chacun étant précédé, à l’aide d’un tiret, du numéro d’atome de carbone auquel il est attaché), puis en y adjoignant le nom du substrat.

Application

• la chaîne la plus longue contient 6 C → dérivé de l’hexane. • la numérotation se fait de la droite vers la gauche, on aura 2, 2, 3, 4 comme indices de position; par contre la deuxième possibilité (numérotation de gauche à droite) on aura comme indices de position 3, 4, 5, 5. et donc la numérotation correcte : de droite à gauche.

• les substituants sont: trois groupes méthyles et un groupe éthyle affectés aux indices 2, 3 et 4 respectivement. • le nom de cette molécule est: 4 -éthyl-2, 2, 3 -triméthyl hexane.

Les cycloalcanes • On construit un cycloalcane en enlevant deux atomes d’H terminaux du modèle d’un alcane linéaire et en réalisant une liaison des carbones extrêmes. • le nom de ces composés: le nom de l’alcane est précédé du préfixe « cyclo » • Exp.

cyclopropane cyclobutane • Dans le cas d’un cyclique substitué n- butylcyclohexane isopropylcyclohexane

• pour les composés polysubstitués, il faut veiller à obtenir la séquence de numérotage la plus faible possible. Lorsque deux possibilités se présentent, l’ordre alphabétique des substituants est déterminant. 4 -éthyl -1, 1, 2 - trimetylcyclohexane

2 - Nomenclature des dérivés halogénés Squelette Les x sont : Halogène a- Brome (Br) c- Fluore (F) b- Chlore (Cl) d- Iode (I)

Préfixe halogéno Br : Bromo Cl : Chloro F: Fluoro I : Iodo Nom de Référence (R)

Exemples Chlorométhane dichlorométhane trichlorométhane

Chaîne ramifiée halogénée 5 4 3 2 1 2, 3 - dibromo -2 - méthyl pentane

Chaîne ramifiée contenant deux halogènes différents Br et Cl prioritaires, imposent le sens de la numérotation 5 4 3 2 1 1 3 -bromo -2 - chloro -3 - éthyl -4 - méthyl pentane

Nomenclature des composés organométalliques • les composés organométallique comporte une ou plusieurs liaison carbone-métal, ils sont de la forme R-XM( M: métal, X: halogène), se sont des « halogénures d’alkymmétal »

• Exp. CH 3 -CH 2 -Mg. I iodure d’éthylmagnésium. • s’ ils sont de la forme R-M-R ce sont des , alkylmétal, nommés sur le modèle ci-dessous. • Exp: CH 3 -Cd-CH 3 dimethylcadnium • « toutes les règles de la nomenclature des alcanes restent valables »

4 - Nomenclature des Alcènes Formule brute : Cn. H 2 n La terminaison « ane » de l’alcane est remplacée par la terminaison « ène » . La position de la double liaison affectée de l’indice le plus faible, impose le sens de la numérotation. Nomenclature : Alc + indice + ène Le premier carbone insaturé

Exemples DEUX C = C diène TROIS C = C triène hex 2 , 4 diène 1 2 6 5 3 4 4 3 3 - éthyl - 4 - méthyl hex -2, 4 - diène 6 5 2 1 hex 2 , 4 diène

Exemple 2 Remarque: recher la plus longue chaine qui contient les groupes fonctionnels (C=C)

1 2 3 4 propyl 5 pent -1, 3 - diène 3 – propyl pent - 1, 3 - diène

5 - Nomenclature des Alcynes Formule brute : Cn. H 2 n-2 La terminaison « ane » de l’alcane est remplacée par la terminaison « yne » . La position de la triple liaison affectée de l’indice le plus faible, impose le sens de la numérotation. Nomenclature : Alc + indice + yne Le premier carbone insaturé

Il existe deux types d’alcynes alcyne vraie Alcyne disubstituée

exemples 5 4 3 2 1 3 – méthyl pent -1 -yne

INDICE LE PLUS PETIT 7 1 6 5 2 3 4 4 3 5 2 6 5 - méthyl hept -3 - yne 1 7

Fonction alcène prioritaire par rapport à la fonction alcyne C=C impose le sens de la numérotation Indice le plus faible 3 1 2 4 5 6 7 4 -éthyl -3 - méthyl hept-5 - yne -2 - ène

6 - Nomenclature des alcools GROUPE HYDROXYLE

Fonction (OH) PRIORITAIRE Fonction (OH) non PRIORITAIRE Nom de référence + INDICE Terminaison ol INDICE + Préfixe Hydroxy + Nom de référence

Fonction (OH) prioritaire Méthanol cyclohexanol

Chaîne contenant 3 C et plus 3 1 2 3 2 Propan-1 -ol 1 Propan-2 -ol

PLUSIEURS FONCTIONS HYDROXYLES 1 2 3 Propane -1, 2, 3 - triol

Chaîne ramifiée 1 2 3 4 5 Fonction prioritaire impose le sens de la numérotation 3, 4 - diméthyl pentan-2 -ol

(OH) prioritaire à par rapport (alcène) Pour l’alcène la Nomenclature ène Nomenclature ènol Pour l’alcool la Nomenclature ol

Exemple 1 er C insaturé 2 1 3 4 5 1 (OH) prioritaire → C doit avoir un faible indice 3, 4 – diméthyl pent-3 - ène – 2 - ol

Fonction (OH) non prioritaire Fonction acide prioritaire Impose le sens de numérotation 4 3 2 1 PREFIXE hydroxy Acide 3 - hydroxy -2 - méthyl butanoïque

7 - Nomenclature des éthers oxydes Les éthers oxydes dérivent des alcools. Nous avons deux groupements alkyles séparés par un atome d’oxygène R = R’ R ‡ R’

Ø il faut d’abord déterminer le groupement prioritaire q la chaîne la plus longue. q une instauration ( double ou triple liaisons). q une fonction.

On suppose que R est prioritaire par rapport à R’ R OR’ Donne le nom de référence Si C < 5 Le préfixe ALCOXY fournit le préfixe Si C ≥ 5 Le préfixe ALKYLOXY

méthoxy Si C < 5 Le préfixe ALCOXY éthoxy propoxy butoxy Si C ≥ 5 Le préfixe ALKYLOXY pentyloxy

Exemples Partie prioritaire méthane Partie non prioritaire C < 5 Alcoxy → méthoxy méthane

non prioritaire méthoxy Prioritaire Chaîne la plus longue éthane méthoxy éthane

1 2 3 Si la partie prioritaire contient plus que 2 C ou une fonction la Numérotation est obligatoire 1 - éthoxy propane 2 2 - éthoxy propane 1 3

Prioritaire car elle contient la fonction 2 1 1 -propoxy éthan-1 -ol

partie prioritaire Donne le nom de référence Acide oïque Impose la numérotation 1 2 3 4 4 - pentyloxy ène 1 er C insaturé Acide-3 - méthyl but-3 - ènoïque Acide-3 - méthyl but-3 - ène oïque Acide 3 -méthyl -4 - pentyloxy - but -3 - ènoïque

8 - Nomenclature des Aldéhydes et des Cétones • Les Aldéhydes et les Cétones possèdent : groupe carbonyle

Fonction carbonyle au bout de chaîne Aldéhyde Fonction carbonyle au milieu de la chaîne Cétone

8. a- Nomenclature des Aldéhydes Fonction (CHO) PRIORITAIRE Nom de référence Terminaison al Préfixe oxo + Nom de référence Fonction (CHO) non PRIORITAIRE INDICE + Préfixe formyl + Nom de référence

Fonction CHO prioritaire méthanal

propanal butanal

Chaîne ramifiée fonction prioritaire TERMINAISON al 4 -hydroxy 5 2 4 1 3 4 - hydroxy -3 - méthyl pentanal

Chaîne contenant deux fonctions (CHO) terminaison al 1 terminaison dial 2 3 butane dial terminaison al 4

Chaîne ramifiée contenant deux fonctions (CHO) 1 2 3 4 5 3 éthyl 2 hydroxy 2 méthyl pentanedial

Chaîne contenant trois fonctions (CHO) carbaldehyde TERMINAISON al carbaldehyde TERMINAISON al 1 2 TERMINAISON al carbaldehyde éthane 1, 1, 2 tricarbaldéhyde

Chaîne cyclique contenant CHO carbaldehyde cyclohexane 1 2 3 3 éthyl cyclohexane carbaldéhyde éthyl cyclohexane

Fonction CHO non prioritaire Fonction (CHO) non PRIORITAIRE INDICE + Préfixe formyl + Nom de référence Préfixe oxo + Nom de référence

Exemples Fonction acide oïque prioritaire Fonction CHO Préfixe oxo Non prioritaire 1 4 2 3 2 2 2 Acide 3 - méthyl 4 oxo butanoïque

Fonction acide prioritaire Fonction CHO Non prioritaire 3 formyl 1 3 2 Acide 3 formyl 3 méthyl propanoïque

oïque 2 4 3 1 2 formyl Acide 2 formyl 3 méthyl butanedioïque

formyl 2 1 Acide 2 formyl cyclopentane carboxylique cyclopentane Acide cyclopentane carboxylique

8. b- Nomenclature des Cétones cétone Fonction PRIORITAIRE cétone non Fonction PRIORITAIRE Nom de référence + indice + one Préfixe + indice + oxo + Nom de référence

Fonction cétone prioritaire propanone

Molécule à fonctions mixtes contenant une seule fonction cétone 4 amino fonction prioritaire impose le sens de la numérotation 2 one 1 2 3 4 5 4 hydroxy 4 amino 3 éthyl 4 hydroxy pentan 2 one

Chaîne ramifiée contenant deux fonctions cétones 1 2 4 5 6 3 3 éthyl hexane 2, 4 dione

Chaîne cyclique contenant fonctions cétones Ce carbone fait partie du cycle cyclopentanone

9 - Nomenclature des acides carboxyliques Fonction acide carboxylique

LA FONCTION ACIDE EST TOUJOURS N° 1 Acide + noms des substituants + nom de référence + oïque Alc

EXEMPLES 3 2 1 Acide propanoïque

Chaîne contenant une seule fonction carboxylique méth éthyl yl 6 4 3 2 1 5 méthyl Acide 3 - éthyl – 3, 5 - diméthyl hexanoïque

Chaîne contenant deux fonctions acides carboxyliques (dioïque) oïque 5 1 4 3 2 2 3 4 1 5 Acide pentanedioïque

Chaîne ramifiée contenant deux fonctions acides (dioïque) éthyl 1 5 méthyl 2 3 4 2 5 1 dioïque Acide 3 - éthyl -2 -méthyl pentanedioïque

Chaîne contenant trois fonctions acides carboxylique

ioïque La nomenclature trioïque n’existe pas

3 2 propane 1 carboxylique Acide propane 1, 2, 3 tricarboxylique

Chaîne ramifiée contenant trois fonctions acides carboxylique éthyl 1 3 2 1 propane Acide 2 - éthyl propane 1, 1, 3 tricarboxylique

Chaîne cyclique contenant une fonction carboxylique Cyclopentane cyclopentane Acide cyclopentanoïque carboxylique Acide cyclopentane carboxylique

Acide cyclobutane carboxylique Acide cyclohexane carboxylique

1 1 2 Acide 2 - éthyl cyclobutane carboxylique 2 3 Acide 3 - méthyl cyclohexane carboxylique

- Nomenclature des dérivés acides carboxyliques Amide Chlorure d’acyle Ester Anhydride d’acide Nitrile

9. a – Nomenclature Chlorure d’acyle Acide + terminaison oïque chlorure + terminaison oyle

Acide éthanoïque Chlorure éthanoyle

9. b–Nomenclature des anhydrides d’acides q Les anhydrides d’acides dérivent de la condensation de deux molécules d’acides + + H 2 O

Acide éthanoïque Anhydride éthanoïque

Acide éthanoïque Acide butanoïque Anhydride butanoïque et éthanoïque

10 – Nomenclature des esters q Les esters dérivent d’ 1 alcool et d’ 1 acide + R'OH Carboxylate Alcool D’acide d’alkyle Alcanoate d’alkyle

propanoate de méthyle propanoate de méthyle

butanoate d’éthyle Butanoate d’éthyle

Acides Aromatiques benzène Acide benzène carboxylique Acide benzoïque

1 2 3 Acide m. méthyl benzène carboxylique

I. 6. 9 - Nomenclature des Amines aliphatiques Les amines sont des fonctions souvent présentes dans des composés biologiques et composés pharmaceutiques

Trois Classes d’amines Amine primaire Amine secondaire Amine tertiaire

I. 6. 4 - composés aromatiques Hydrocarbures benzéniques Benzène Naphtalène Anthracène

Benzène substitué ( 1 SEUL) méthyl benzène

Benzène substitué (2 substituants) Position Ortho « o. » R et R’ sont en position 1, 2 Position méta « m. » R et R’ sont en position 1, 3 Position para « p. » R et R’ sont en position 1, 4

Exemples ortho diméthyl benzène ( o. diméthyl benzène ) méta éthyl méthyl benzène ( m. éthylméthyl benzène) para éthyl méthyl benzène ( p. éthyl méthyl benzène)

le vanillal contenu dans la vanille isoeugénol Utilisé par les dentiste VITAMINE K

Fonction amine prioritaire Fonction amine non prioritaire Nom de référence + INDICE Terminaison Amine INDICE + Préfixe Amino + Nom de référence

a -Nomenclature des amines primaires méthanamine (méthylamine) éthanamine (éthylamine)

3 2 1 Chaîne contenant plus de 3 C propan-1 - amine 3 2 1 propan-2 - amine

Chaîne ramifiée contenant deux fonctions amines primaires 2, 4 diamine Deux fonctions amines 1 6 3 2 5 5 4 4 3 2 3 - éthyl hexane 2, 4 diamine 6 1

Autre exemple amine fonction prioritaire 4 C et deux fonctions Amine + alcène 1 3 4 2 1 er C insaturé 5 C mais une seule fonction (AMINE) 3 éthyl but -3 - ène -2 - amine

b- Amines secondaires et tertiaires b. 1 - symétriques R = R’ di + nom du groupe R + amine R = R’’ tri + nom du groupe R + amine

Exemples deux méthyl deux éthyl diméthylamine diéthylamine

triméthylamine triéthylamine

b. 2 - Non symétriques R ≠ R’= R’’ R = R’≠ R’’ R ≠ R’’ N-alkyl R + nom du groupe R’ + amine N, N’- alkyl R, alkyl R’ + nom du groupe R’’ + amine

Exemples Chaîne la plus longue (prioritaire) nom de référence éthanamine Nom du R’ +amine N-méthyl éthanamine N-méthyl

Chaîne la plus longue donc prioritaire N-méthyl 1 N-méthyl 2 3 Nom de référence propan-1 -amine Nom de R’’ + amine N, N-diméthyl propan-1 -amine

C- fonction amine non prioritaire Terminaison Fonction acide oïque prioritaire Non prioritaire Prefixe amino 5 1 4 3 2 Acide 2 amino 4 méthyl pentanoïque

fonction (OH ) est prioritaire (indice faible ) cette partie de la molécule donne le nom de référence 3 - méthyl butan-2 -ol 1 4 2 3 3 4 2 1 4 - amino N-éthyl 4 amino 3 méthyl butan-2 -ol

Fonction cétone non prioritaire Fonction prioritaire 5 4 2 1 3 4 oxo Acide 3 éthyl 4 oxo pentanoïque

Autres exemples Fonction Acide prioritaire 2, 4 oxo 5 OXO 5 2 4 1 3 Acide 3 éthyl 2, 4, 5 trioxo pentanoïque

Fonction Acide prioritaire 4 formyl 2, 4 oxo 2 4 1 3 Acide 3 éthyl 4 formyl 2, 4 oxo butanoïque

I. 6. 11. d –Nomenclature des amides Nom de référence de R + terminaison amide

éthanamide propanamide

I. 6. 11. e –Nomenclature des nitriles Nom de référence de R + terminaison nitrile

éthanenitrile