Plan du chapitre Le carbone Les ractions en

Plan du chapitre : • • • • Le carbone Les réactions en chimie organique Principales fonctions Les hydrocarbures Les alcools Les acides Les aldéhydes Les cétones Les esters Les amines Les amides Les éthers Les dérivés halogénés Version 4 - 04/05/2015 1

Les cétones Ø Formule générale. Ø Nomenclature : nom de l’alcane correspondant en remplaçant –ane par –one. Ø Exemples : ü Acétone Propanone ü Méthylcétone Butanone-2 Version 4 - 04/05/2015 2

Les cétones Ø Exemples : ü Cyclohexanone ü Méthylisobutylcétone ü Diacétone alcool Méthyl-2 pentanol-2 one-4 Version 4 - 04/05/2015 3

Les cétones - propriétés Ø Les cétones ont les mêmes propriétés que les aldéhydes. Ø L’acétone est la plus importante des cétones (incolore, liquide, odeur pénétrante, très soluble dans eau, alcool, éther). Ø L’acétone dissout les graisses. Ø L’acétone sert comme solvant dans l'industrie de vernis et dans la fabrication ü des parfums, ü des produits pharmaceutiques, ü des matières plastiques. Version 4 - 04/05/2015 4

Les cétones - réactions Ø Réaction de combustion : C 3 H 6 O + 4 O 2 → 3 CO 2 + 3 H 2 O Version 4 - 04/05/2015 5

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Les esters Ø Formule générale : Ø Nomenclature : ü acétate de butyle ü acétate d'éthyle ü acétate d'isopropyle ü acétate d'isobutyle Version 4 - 04/05/2015 7

Les esters ü acétate d'isoamyle ü formiate d'éthyle Version 4 - 04/05/2015 8

Les esters Ø Réaction d’estérification : acide + alcool ester + eau Ø Réaction inverse de la saponification (d’où le signe ) Ø Estérification complète de l'acide acétique en empêchant la réaction de saponification de se produire (par ex. , en chassant l’ester du milieu réactionnel par volatilité) Ø Saponification complète d’un ester en empêchant la réaction d’estérification de se produire (par ex. , en neutralisant l'acide libéré au fur et à mesure de sa formation) Version 4 - 04/05/2015 9

Les esters naturels Ø Abondants dans la nature. On les retrouve dans : ü ü ü les fleurs, les graines, les fruits, les essences végétales, les huiles végétales et animales, les graisses. Version 4 - 04/05/2015 10

Les esters – les lipides Ø L’analyse montre que les lipides sont des glycérides ou esters glycériques d’acides gras aliphatiques saturés ou non saturés et à nombre pair d'atomes de carbone. Version 4 - 04/05/2015 11

Les esters – les lipides glycérine + acide aliphatique → glycéride + eau Version 4 - 04/05/2015 12

Les esters – les lipides Parmi les principaux glycérides, citons : 1. la stéarine, ester glycérique de l’acide stéarique C 17 H 35 – COOH ; 2. la palmitine, ester glycérique de l’acide palmitique C 15 H 31 – COOH ; 3. l’oléine, ester glycérique de l'acide oléique C 17 H 33 – COOH Version 4 - 04/05/2015 13

Les esters – les lipides Ø Propriétés des lipides : ü ü ü insolubles dans l'eau, solubles dans solvants non polaires s'oxydent à l'air sont saponifiés (fabrication des savons) hydrogénation des lipides à doubles liaisons hydrolyse pour obtenir des acides gras Version 4 - 04/05/2015 14

Saponification Ø Quand on chauffe une huile ou une graisse avec de la potasse (KOH) ou de la soude (Na. OH), il se forme de la glycérine et un sel alcalin d'acide gras : c'est-à-dire un savon. Ø L’indice de saponification est le nombre de mg de KOH consommé par g d'échantillon. Ø L’indice doit être d'autant plus petit que le poids moléculaire du glycéride est grand. Version 4 - 04/05/2015 15

Hydrolyse Ø L’hydrolyse des glycérides conduit à l’obtention de glycérine et d'acides gras. Ø L’hydrolyse par l’acide sulfurique à 110°C était autrefois utilisée pour la fabrication des bougies faites d'un mélange d’acide stéarique et palmitique. Ø Actuellement, les acides gras peuvent être obtenus par oxydation des paraffines extraites du pétrole. Version 4 - 04/05/2015 16

Hydrogénation Ø L’hydrogénation consiste à transformer les doubles liaisons C=C en liaisons C-C saturées par addition d’hydrogène. Ø Cette opération a une grande importance industrielle. Ø Elle permet de fabriquer des graisses solides à partir d'huiles qui sont utilisées pour les margarines. Ø Par ailleurs, l’huile de ricin hydrogénée joue un rôle très important pour la préparation des résines alkydes. Version 4 - 04/05/2015 17

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Les amides Ø Formule générale : Ø Nomenclature : nom de l’acide et on remplace la terminaison –ique par –amide. ü Formamide (amide primaire) : ü Amide secondaire : ou Version 4 - 04/05/2015 19

Les amides ü Diméthylformamide : (amide tertiaire) solvant polaire souvent employé ü Diamide. Urée est le cas le plus classique : Version 4 - 04/05/2015 20

Les amides Ø Réaction de polycondensation entre le formaldéhyde et l’urée : + + + + …. → Version 4 - 04/05/2015 21

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Les amines Ø Formule générale : Ø Les amines sont des produits de substitution d'un atome de l’ammoniac par un radical alkyle (méthyle, éthyle. . . ) Ø Pour rappel, l’ammoniac : Ø Méthylamine : Diméthylamine : Ø Triméthylamine : Version 4 - 04/05/2015 23

Les amines Ø Nomenclature : n-butylamine : Version 4 - 04/05/2015 24

Les amines – Propriétés Ø Amines gazeuses et liquides très solubles dans l'eau et odeur désagréable (odeur d'ammoniac). Ø Amines à grand nombre de C sont solides, insolubles et inodores. Ø Liaisons par « ponts Hydrogène » entre les groupes -N-H, mais ces liaisons sont plus faibles que dans les alcools car N est un élément moins électronégatif que O et il en résulte que les températures d'ébullition des amines sont nettement inférieures à celles des alcools correspondants. ü Méthanol : Tébul = 66 °C ü Méthylamine : Tébul = -6, 5 °C Version 4 - 04/05/2015 25

Les diamines et la préparation des polyamides Ø Formule générale d’une diamine : Ø Exemple : hexaméthylènediamine 1, 6 -hexanediamine Version 4 - 04/05/2015 26

Les diamines et la préparation des polyamides Ø Formation des polyamides : diamine + diacide + → polyamide + eau → Ø Les polyamides sont des solides incolores, transparents, non toxiques et thermoplastiques. Version 4 - 04/05/2015 27

Les diamines et la préparation des polyamides Ø Le nylon (PA 6. 6) : hexaméthylène diamine + acide adipique → nylon 6. 6 + eau + Version 4 - 04/05/2015 → 28

Les diamines et la préparation des polyamides Ø Obtention d’un polyamide en partant d’un seul monomère qui a une fct acide et une fct amine et qu’on appelle acide aminé Ø La polycondensation de l'acide amino 11 undécanoïque donne le textile polyamide artificiel appelé RISLAN Version 4 - 04/05/2015 29

Les acides aminés a Ø Formule générale : Ø Métabolisme des matières azotées dans les organismes vivants aboutit à des acides aminés a appelés aussi monopeptides. Ø Fonction acide et fonction amine en position a par rapport au groupement acide –COOH. Ø Il existe une vingtaine d’acides aminés naturels. Version 4 - 04/05/2015 30

Dipeptides, polypeptides et protéines Ø Si présence simultanée dans la molécule d’un groupement acide et d’un groupement amine, le groupement acide d’une molécule d’acide aminé va pouvoir réagir avec le groupement amine d’une molécule d’un même acide aminé ou d’un autre. On a alors un dipeptide Version 4 - 04/05/2015 31

Dipeptides, polypeptides et protéines Ø Ce dipeptide a les mêmes propriétés que le monopeptide puisqu’il possède un groupement –COOH et –NH 2. Ø La réaction continue. On obtient alors un polypeptide formé par la polypeptide condensation d’un grand nombre de molécules d’acides aminés. Ø La liaison –CO–NH est appelée liaison peptidique Ø Groupements R différents (20 possibilités). Formation d’une infinité de polypeptides. Ø Si poids moléculaire > 10000, on est en présence de protéines Version 4 - 04/05/2015 32

Les 20 acides aminés terrestres Version 4 - 04/05/2015 33

Les 20 acides aminés terrestres Version 4 - 04/05/2015 34

Les principales protéines Ø Albumine dans le blanc d'oeuf (12%), dans le sang Ø Caséine dans le lait constituant principal des fromages Ø Fibrine donne sa valeur nutritive à la viande (18%) dans le sang Ø Gluténine Gluten principale protéine des végétaux Ø Gélatine Protéine ayant l'aspect d'une gelée, fondant vers 25°, obtenue par 1' action de l'eau chaude sur le collagène des tissus de soutien animaux Version 4 - 04/05/2015 35

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Les éthers (étheroxydes) Ø Formule générale : Ø Nomenclature : ü Diméthyléther ü Diéthyléther Ether ü Méthyléther ü Diisopropyléther Version 4 - 04/05/2015 37

Les éthers – Propriétés Ø Éthers obtenus par déshydratation d’un alcool. Ø Pas de liaisons –OH, donc plus de liaisons H (liaison hydrogène) entre les molécules. Ø Éthers plus volatils que les alcools qui les ont produits. ü Éther : Tébul = 35 °C ü Éthanol : Tébul = 78 °C Ø Ethers relativement inertes chimiquement car liaison C-O relativement stable. On les utilise comme solvants dans un grand nombre de réactions. Version 4 - 04/05/2015 38

Les éthers – Propriétés (2) Ø On emploie aussi comme solvants des éthers-alcools/ c'est-à- dire des substances qui ont à la fois la fonction éther et la fonction alcool. Ce sont des dérivés des glycols (diols). Glycol Éthylèneglycol méthyl-Cellosolve Version 4 - 04/05/2015 éthylglycol éthoxyéthanol éther monoéthylique de l'éthylène glycol Cellosolve 39

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Dérivés halogénés Ø Ce sont des dérivés des hydrocarbures dans lesquels des atomes de H sont remplacés par des atomes de Cl, Br, I, F. Ø Nomenclature : ü Monochlorométhane (anesthésique local, gaz réfrigérant) ü Dichlorométhane (solvant) Trichlorométhane (chloroforme : anesthésique) Version 4 - 04/05/2015 41

Dérivés halogénés ü Tétrachlorométhane : (tétrachlorure de C : dissolvant, détachant) ü Tétrafluoroéthylène : ü On peut aussi associer le terme halogénure au nom du radical carboné correspondant : o chlorure de propyle : o chlorure de vinyle : Version 4 - 04/05/2015 42

Plan du chapitre : • • • • Le carbone Les réactions en chimie organique Principales fonctions Les hydrocarbures Les alcools Les acides Les aldéhydes Les cétones Les esters Les amides Les amines Les éthers Les dérivés halogénés Les glucides Version 4 - 04/05/2015 43

Les glucides Ø Contiennent un groupe carbonyle (aldéhyde ou cétone) et au moins deux groupements hydroxyle. Ø Composé de C, H et O. Souvent Cn. H 2 n. On. Ø Les glucides sont très nombreux, ils forment : ü les sucres, ü les gommes, ü les amidons (réserve de glucides chez les végétaux), ü les celluloses, ü le glycogène (réserve de glucides chez les animaux). Version 4 - 04/05/2015 44

Les glucides Ø Dans le monde vivant, la plupart sont des pentoses (5 C) ou des hexoses (6 C) Ø Ribose (ou pentose) : C 5 H 10 O 5 Ø Hexose : C 6 H 12 O 6 Glucose (C 6 H 12 O 6) Fructose (C 6 H 12 O 6) Version 4 - 04/05/2015 Galactose (C 6 H 12 O 6) 45

Les glucides Ø Sucres formés par la condensation de deux molécules d’hexoses (avec libération d’une molécule d'eau) Ø 2 C 6 H 12 O 6 C 12 H 22 O 11 + H 2 O Version 4 - 04/05/2015 46

Les glucides Ø Exemples : Ø Saccharose (formé d’un glucose + un fructose) Ø Maltose (formé de 2 glucoses) Ø Lactose (formé d’un glucose + un galactose) Version 4 - 04/05/2015 47

Les glucides Ø Le glucose contient 5 fcts alcools et 1 fct aldéhyde Ø A l’état cristallin, la structure du glucose est cyclique, un atome de O fait le pont entre le C n° 1 et le C n° 5. Ø Le glucose correspond à cette formule spatiale bien précise. Il y a beaucoup d’isomères qui ont la même formule brute (fructose, dextrose, galactose. . . ). Version 4 - 04/05/2015 48

L’amidon Ø (C 6 H 10 O 5)n avec n très grand (entre 104 et 105) Ø L’amidon est un composé macromoléculaire formé par la condensation d’un grand nombre de molécules de glucose. Ø Les chaînes de glucose sont fortement ramifiées et peu orientées de sorte que les macromolécules d’amidon sont globulaires et capables de gonfler en fixant de l’eau. Ø L’amidon est la substance de réserve du règne végétal. Version 4 - 04/05/2015 49

L’amidon Ø C’est une poudre blanche, fine. Ø Sans odeur ni saveur. Ø Solubilité : ü difficilement soluble dans l’eau froide. ü Vers 75 à 80°C l’amidon gonfle et est partiellement soluble; on obtient une espèce de masse épaisse collante : l’empois d'amidon. Version 4 - 04/05/2015 50

L’amidon Composition : Ø L’amylose et l’amylopectine, deux substances macromoléculaires. ü L'amylose est constituée par des motifs de glucose qui sont reliés entre eux par des ponts oxygène dans les posititions 1 -4. ü L'ensemble de l'amylose a une structure hélicoïdale (comme un pas de vis). Version 4 - 04/05/2015 51

L’amidon ü L'amylopectine est constituée par des motifs de glucose reliés par des ponts oxygène. ü Ici, il y a des ramifications. La chaine linéaire est reliée en position 1, 4 comme pour l'amylose; la ramification part en position 1, 6. Version 4 - 04/05/2015 52

La cellulose Ø (C 6 H 10 O 5)n avec n très grand (> 104) Ø Dans la cellulose, les chaînes de glucose sont plus longues que dans l’amidon et peu ramifiées. Elles s’orientent parallèlement entre elles pour former des fibres qui, n’absorbant plus l’eau, ne gonflent pas et ne se dispersent pas dans l’eau. Version 4 - 04/05/2015 53

La cellulose État naturel : Ø Les parois des cellules végétales sont essentiellement constituées de cellulose. Les fibres de lin, de coton, le papier filtre, sont de la cellulose presque pure. Propriétés : Ø Dans la formule développée, on peut voir que la cellulose possède 3 fonctions alcool dans chaque cycle. Ø Or les alcools peuvent se transformer en éthers et en esters. Ø On obtiendra donc des éthers cellulosiques et des esters cellulosiques qui seront solubles dans les solvants habituels (et utilisables comme filmogènes). Version 4 - 04/05/2015 54

La cellulose Ø Substance blanche, dure, sans odeur ni saveur. Ø Solubilité : insoluble, même dans l'eau bouillante. Ø C'est un mélange de différentes substances macromoléculaires; les motifs de glucose dans la macromolécule sont reliées par des ponts oxygène en position 1, 4. Ø Les microcristaux longitudinaux sont places le long des axes des fibres· Version 4 - 04/05/2015 55

La cellulose Ø Le bois est riche en cellulose. Ø Le coton ou le papier sont fait presque entièrement de fibres de cellulose. Version 4 - 04/05/2015 56