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.

Effets électroniques dans les molécules 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.

Ces composés présentent par ailleurs un nombre très limité d'éléments autres que le carbone. 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: 6 12C 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.

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. 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 : Tout composé organique correspond une formule brute exp : CxHyOz Remarque : en dehors des C, H, les autres éléments sont des hétéroatomes.

La même formule brute correspondent plusieurs corps dits « isomères » Exp : C2H6O CH3-O-CH3 Ether CH3-CH2-OH Alcool

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 CH3-CH2- CH2-CH2-CH3 Chaine carbonée cyclique Les sommes représentent les C On ne mentionne pas les H CH3-CH2- CH2-CH2-CH3 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 CnH2n+2 (exp : C 3H8) Les Alcènes (hydrocarbures insaturés : éthylénique) (C=C) de formule générale CnH2n. (exp : C 3H6) Les alcynes ((hydrocarbures insaturés : acéthylénique) (CC) de formule générale CnH2n-2 (exp : C 3H4)

2/ Hydrocarbures cycliques (à chaîne fermée) : Les Alcanes cycliques de formule générale CnH2n donc isomères des alcènes aliphatiques. Exp. C3H6 Les Alcènes cycliques de formule générale CnH2n-2, isomères des alcynes aliphatiques. Exp. C5H8 Les alcynes cycliques CnH2n-4 n≥8 Exp. C8H12

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 H2n+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 :

CH3 CH 3 - C - (CH2)n – CH3 H Un isoalcane Exp: n=1=isopentane Sec -butyle CH3 CH 3 - C - (CH2)n – CH3 H Un isoalcane Exp: n=1=isopentane

CH3 CH3 - C -(CH2)n – H 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-méthyl éthyle (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)

Exp2. 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 6C → 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.

le nom de cette molécule est: 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 Halogène Les x sont : a- Brome (Br) c- Fluore (F) b- Chlore (Cl) d- Iode (I)

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

Exemples Chlorométhane dichlorométhane trichlorométhane

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

Chaîne ramifiée contenant deux halogènes différents Br et Cl prioritaires, imposent le sens de la numérotation 1 4 2 5 3 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. CH3-CH2-MgI iodure d’éthylmagnésium. s’ ils sont de la forme R-M-R ce sont des , alkylmétal, nommés sur le modèle ci-dessous. Exp: CH3-Cd-CH3 dimethylcadnium « toutes les règles de la nomenclature des alcanes restent valables »

4- Nomenclature des Alcènes Formule brute : CnH2n 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

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

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

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

5- Nomenclature des Alcynes Formule brute : CnH2n-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

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

Fonction alcène prioritaire par rapport à la fonction alcyne C=C impose le sens de la numérotation Indice le plus faible 3 2 4 5 6 7 1 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 Fonction (OH) PRIORITAIRE Fonction (OH) non PRIORITAIRE INDICE + Préfixe Hydroxy + Nom de référence

Fonction (OH) prioritaire Méthanol éthanol cyclohexanol

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

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

Fonction prioritaire impose le sens de la numérotation 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 3,4 – diméthyl pent-3- ène –2- ol 2 5 1 4 3 1er C insaturé 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’

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

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

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

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

méthoxy éthane éthane méthoxy Prioritaire Chaîne la plus longue non prioritaire méthoxy méthoxy éthane

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

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

Acide-3- méthyl but-3- ène oïque partie prioritaire Donne le nom de référence Acide Impose la numérotation oïque 3 4 2 1 4- pentyloxy 1er C insaturé ène 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 milieu de la chaîne Fonction carbonyle au bout de chaîne Aldéhyde Fonction carbonyle au milieu de la chaîne Cétone

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

Fonction CHO prioritaire méthanal éthanal

propanal butanal

4- hydroxy -3- méthyl pentanal 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 terminaison dial terminaison al 1 2 3 4 butane dial

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

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

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

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

Fonction acide prioritaire Acide 3- méthyl 4 oxo butanoïque Exemples Fonction acide prioritaire oïque Préfixe oxo Fonction CHO Non prioritaire 1 22 42 32 Acide 3- méthyl 4 oxo butanoïque

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

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

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

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

Fonction cétone prioritaire propanone

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

Alc 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 méthyl éthyl 1 6 4 3 2 5 méthyl Acide 3- éthyl – 3,5- diméthyl hexanoïque

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

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

Chaîne contenant trois fonctions acides carboxylique

ioïque ioïque ioïque La nomenclature trioïque n’existe pas

Acide propane 1,2,3 tricarboxylique

propane Chaîne ramifiée contenant trois fonctions acides carboxylique éthyl 3 2 1 1 3 2 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 Acide cyclobutane carboxylique

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

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

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

Acide éthanoïque Chlorure éthanoyle

9.b–Nomenclature des anhydrides d’acides Les anhydrides d’acides dérivent de la condensation de deux molécules d’acides + + H2O

Acide éthanoïque Acide éthanoïque Anhydride éthanoïque

Anhydride butanoïque et éthanoïque Acide éthanoïque Acide butanoïque Anhydride butanoïque et éthanoïque

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

propanoate de méthyle propanoate de méthyle

butanoate d’éthyle Butanoate d’éthyle

Acide benzène carboxylique Acides Aromatiques Acide benzène carboxylique benzène Acide benzoïque

Acide m. méthyl benzène carboxylique 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 Anthracène Naphtalène Benzène

Benzène substitué ( 1 SEUL) éthyl benzène 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)

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

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

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

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

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

5 C mais une seule fonction (AMINE) Autre exemple amine fonction prioritaire 4C et deux fonctions Amine + alcène 1 4 3 2 1er 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’ R = R’= R’’ di + nom du groupe R + amine tri + nom du groupe R + amine

Exemples deux méthyl diméthylamine diéthylamine deux éthyl

triméthylamine triéthylamine

N,N’- alkyl R, alkyl R’ + nom du groupe R’’ + amine b.2- Non symétriques R ≠ R’ R ≠ 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 N-méthyl méthyl nom de référence Nom du R’ +amine éthanamine N-méthyl éthanamine

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

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

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

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

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

Fonction Acide prioritaire formyl 4 oxo 2, 4 2 1 4 3 butan Acide 3 éthyl 4 formyl 2,4 oxo oïque

Nom de référence de R + terminaison amide I.6.11.d –Nomenclature des amides Nom de référence de R + terminaison amide

éthanamide propanamide

Nom de référence de R + terminaison nitrile I.6.11.e –Nomenclature des nitriles Nom de référence de R + terminaison nitrile

éthanenitrile