Chapitre 1 : Généralités Version /02/20151 La chimie descriptive, consacrée à l'étude des propriétés des corps comporte 2 branches : - la chimie minérale - la chimie organique

Version /02/20152 Substances étudiées en chimie organique  Les substances composées de C  Autres éléments : H, O, S, N  Chimie organique s’intéresse à la façon dont ces atomes sont liés pour former des structures moléculaires.  Quelques exemples : saccharose (C 12 H 22 O 11 ), méthane (CH 4 ), alcool éthylique (C 2 H 6 O), nylon (C 12 H 22 N 2 O 2 ), plexiglas (PMMA, (C 5 H 8 O 2 ) n )

Version /02/20153 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 /02/20154 Tétravalence du carbone 1s 2 2s 1 2px 1 2py 1 2pz 1  L’atome de carbone possède 6 électrons  Cette répartition montre 4 places libres sur sa couche périphérique, il peut donc fournir 4 e - pour former 4 liaisons.

Version /02/20155  Le carbone est tétravalent.  Chaque tiret représente donc une mise en commun d'un e - du C et d'un e - d'un autre élément. Tétravalence du carbone (2) C

Version /02/20156 Tétravalence du carbone (3)  Pour rappel, l’atome de carbone possède 6 électrons.  On parle d’hybridation sp 3. 1s 2 2s 1 2px 1 2py 1 2pz 1

Version /02/20157 Formation de chaînes  Les atomes de C ont la propriété de se lier entre eux, ce qui n'existe pas en chimie minérale.  Les représentations possibles : Formulation brute :C 5 H 12 H H H H H Formulation développée : H – C – C – C – C – C – H (on peut omettre les H) H H H H H Formulation semi-développée : CH 3 – CH 2 – CH 2 – CH 2 – CH 3

Version /02/20158 Formation de chaînes – liaison simple  Le C met une paire d'e - en commun avec le C voisin.  On dit alors du composé qu’il est « saturé ».  En chimie organique, toute liaison covalente simple s’appelle « liaison sigma  ».  Il y a une rotation libre autour d’une liaison simple.

Version /02/20159  Le C met deux paires d'e - en commun avec le C voisin.  On dit alors du composé qu’il est « non saturé ».  Il y a ici une liaison  et une liaison .  Les liaisons  empêchent la rotation autour de l’axe C.  Il s’agit ici d’une hybridation sp 2. Formation de chaînes – liaison double

Version /02/ Formation de chaînes – liaison triple  Le C met trois paires d'e - en commun avec le C voisin.  On dit alors du composé qu’il est « non saturé ».  Il y a ici une liaison  et deux liaisons .  Les liaisons  empêchent la rotation autour de l’axe C.  Il s’agit ici d’une hybridation sp.

Version /02/  Le C n'arrivera jamais à mettre 4 paires en commun.  Les liaisons doubles et triples sont des liaisons que 1’on va pouvoir casser facilement pour ajouter des éléments sans modifier le nombre de C de la molécule. Formation de chaînes

Version /02/ Ramification des chaînes  Chaîne ouverte normale, tous les C sont liés entre eux et se suivent. Exemple : – C – C – C – C – (formule brute : C 4 H 10 )  Chaîne ouverte ramifiée, le nombre d'atomes est le même qu'en a) mais les C ne se suivent plus. La disposition des atomes est différente. Exemple : – C – C – C – (formule brute : C 4 H 10 ) – C –

Version /02/ Ramification des chaînes – les isomères  La disposition des atomes est différente, cela entraîne des propriétés différentes.  Des isomères sont des composés dont les formules brutes sont les mêmes (même masse moléculaire, même composition) mais dont les formules développées sont différentes.

Version /02/  Les chaînes peuvent se refermer sur elles-mêmes et former des cycles.  Chaînes alicycliques : liaisons simples entre les atomes de carbone. Exemple : Formation de cycle

Version /02/  Chaînes aromatiques : liaisons doubles entre les atomes de carbone. Exemple : Formation de cycle (2)

Version /02/ Chaînes hétérocycliques : les atomes de C peuvent être remplacés par un autre élément (S, N, O …) Exemples : TétrahydrofuranePyridine Éther-oxydeAmine (permet de dissoudre le PVC)Elimination de collage sur céramiques Dissolution des colorants (indigo, par ex.) Formation de cycle (3)

Version /02/ Benzène : 6 atomes de carbone hybridés sp 2. Les 3 nuages hybrides de chaque atome situés dans un plan, forment entre eux des angles de 120°. cette valeur équivaut à l'angle interne à chaque sommet d'un hexagone régulier plan (la somme des angles internes d’un polygone plan à n côtés vaut (n-2)·180°). Par conséquent, les 6 atomes de carbone peuvent s'associer par des liaisons  en une structure hexagonale plane. Structure électronique d’un système aromatique

Version /02/  Les liaisons  étant constituées, il reste à chaque atome de carbone un électron célibataire dans le nuage atomique p perpendiculaire au plan renfermant les liaisons .  D’après la conception classique, une liaison covalente se contracte entre 2 atomes et s'interprète par la mise en commun d’un doublet d’électrons. Dès lors, il existe 2 possibilités également probables pour la formation des liaisons p dans le noyau benzénique: Structure électronique d’un système aromatique (2)

Version /02/ 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 /02/ Réactions de substitution  Un atome ou un groupement d'atomes lié à un C est remplacé par un autre

Version /02/  Fixation d'une molécule sur une chaîne carbonée non saturée Réactions d’addition

Version /02/  Départ d’atomes et formation d’une molécule non saturée Réactions d’élimination

Version /02/ Réactions de transposition  Réorganisation de la molécule suite à un changement de place de certains constituants ou de certains C de la chaîne carbonée

Version /02/ Réactions de combustion

Version /02/ Réactions de dégradation  Rupture de liaison C – C  Formation de C (graphite) CH Cl 2 → C + 4 HCl

Version /02/ Réactions de polymérisation  Réunion d'un grand nombre de molécules en une molécule géante  Les homopolymères (-A-) n A-A-A-A-A-A-A-A Exemple : PVC …CH 2 -CHCl- CH 2 -CHCl- CH 2 -CHCl-…  Les copolymères Copolymères statistiques (répartis statistiquement) -A-A-B-B-B-A-B-A-A-A-B-B- Copolymères alternés -A-B-A-B-A-B-A-B-A-B-A-B-A-B-

Version /02/ 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 /02/  La chimie des molécules organiques dépend peu du nombre et disposition des C et H  Dépend surtout des autres sortes d’atomes O, N, S, Cl, Br, …  Les parties de la molécule contenant de petits groupes de ces atomes sont appelées groupements fonctionnels (fonctionnalités).  On distingue donc dans une molécule : un squelette carboné plus ou moins inerte, un ou des groupements fonctionnels qui sont le siège de la réactivité chimique. Groupements fonctionnels

Version /02/  Des molécules qui ont le même chaînon fonctionnel auront des propriétés semblables.  Pour ne pas écrire le squelette en entier, on le représente par R et on l’appelle « radical carboné ».  C’est sur ce radical que vient se fixer le chaînon fonctionnel. Groupements fonctionnels (2)

Version /02/ Principales fonctions  Les hydrocarburesR – CH 3  Les alcools  Les acides  Les aldéhydes  Les cétones

Version /02/ Principales fonctions (2)  Les esters  Les amines  Les amides  Les éthers  Les dérivés halogénésR – X

Version /02/ Notions d’isomérie Formule brute Formule semi-développée (formule de structure) C 4 H 10

Version /02/  C 5 H 12 contient 3 isomères  C 6 H 14 contient 5 isomères.  Propriétés physiques et chimiques différentes !  Exemple pour C 6 H 14 : Notions d’isomérie (2)

Version /02/ Formules semi-développées Température d’ébullition [°C] Masse volumique (kg/m 3 )

Version /02/  Repérer dans la formule de structure d'un composé, la chaîne carbonée la plus longue, même si la formule de structure n’est pas écrite en ligne droite.  Pratiquement, cela revient à : choisir une extrémité de la chaîne carbonée (gauche ou droite); y poser la pointe d'un crayon et parcourir la chaîne carbonée en passant par le plus grand nombre d'atomes C et ce, sans soulever le crayon ni revenir en arrière.  On détermine ainsi la chaîne carbonée la plus longue, appelée chaîne principale; et les groupes d’atomes qui ne font pas partie de cette chaîne sont appelés groupements. Notions d’isomérie (4)

Version /02/ Notions d’isomérie (5) Chaîne principale Groupement

Version /02/ Isomères de position : différents par la position d’un groupement sur une même chaîne principale. Isomères de chaîne (ou de structure) : différents par le nombre d’atomes de C dans la chaîne principale. Notions d’isomérie (6)