UNIVERSITE CADI AYYADFaculté PolydisciplinaireSafiDépartement de ChimieCOURS DE CHIMIE ORGANIQUESemestre 2SVIPréparé par :Moulay Rachid LAAMARI2016-2017SOMMAIREChapitre I : INTRODUCTION A LA CHIMIE ORGANIQUEI/ COMPOSES ORGANIQUESII/ NATURE ELECTRONIQUE DES LIAISONS EN CHIMIE ORGANIQUEII-1- Orbitales atomiques (OA)II-2- Valence du carboneII-3- Hybridation du carboneII-4- Liaisons covalentesII-5- Comparaison entre sp3, sp2 et sp du carboneII-6-Chapitre II : ECRITURE DES FORMULES ET FONCTIONSEN CHIMIE ORGANIQUEI/ ECRITURE DES FORMULESI-1- Formule bruteI-2- Formule développée plane (FDP)I-3- Formule semi-développée (FSD)I-4- Formule simplifiée (FS)II/ DIVERSES FONCTIONS ET GROUPEMENT FONCTIONNELSII-1-II-2- Principales fonctions organiquesII-2-4- Fonctions tétravalentesChapitre III : PRINCIPALES REGLES DE NOMENCLATUREDES COMPOSES ORGANIQUESI/ NOMENCLATURE DES ALCANES ACYCLIQUESI-1- Alcanes à chaîne linéaireI-2- Alcanes à chaîne ramifiéeII/ NOMENCLATURE DES HYDROCARBURES ACYCLIQUES INSATURESII-1- Les alcènes : CnH2nII-2- les alcynes : CnH2n-2III/ NOMENCLATURE DES DERIVES HALOGENES (R-X)IV/ NOMENCLATURE DES COMPOSES CYCLIQUESIV-1- Les homocyclesIV-2- Les cycles aromatiquesIV-3- Les hétérocyclesV/ NOMENCLATURE DES FONCTIONS SIMPLES ET MULTIPLESV-1- Les alcools : R-OHV-2- Les éthers (oxydes) : R-O-V-3- Les aminesV-4- Les cétones : R-COR' avec R et R'HV-5- Les aldéhydes : R-CHOV-6- Acides carboxyliques : R-COOHV-7- Dérivées des acides carboxyliquesVI/ NOMENCLATURE DES COMPOSES A PLUSIEURS FONCTIONSChapitre IV : ISOMERIE PLANEI/ ISOMERIE DE CONSTITUTIONI-1-I-2- Isomérie de positionI-3- Isomérie de fonctionII/ ISOMERIE TAUTOMERIEII-1-Tautomérie des aldéhydes et des cétonesII-2-Tautomérie des amidesII-3-Tautomérie des iminesChapitre V : STEREOCHIMIE ISOMERIE CONFORMATIONNELLEI/ REPRESENTATION DES MOLECULES ACYCLIQUESI-1- Molécule contenant un carbone sp3I-2- Molécule contenant deux carbones sp3I-3- Analyse conformationnelle des chaînes saturéesaliphatiquesII/ REPRESENTATON DES MOLECULES CYCLIQUES SATUREESII-1- CyclopropaneII-2- CyclobutaneII-3- cyclopentaneII-4- CyclohexaneChapitre VI : ISOMERIE OPTIQUEI/ CHIRALITEII/ MOLECULES CONTENANT UN SEUL CARBONE ASYMETRIQUEIII/ CONFIGURATIONS ABSOLUES R ET SIII-1- Règles de Cahn-Ingold et PrelogIII-2- Examen de la moléculeIII-3- Projection de FischerIV/ Composés CONTENANT deux carbones asymétriquesIV-1- Molécules possédant deux *C différentsIV-2- Molécules possédant deux *C identiquesCHAPITRE VII : ISOMERIE GEOMETRIQUE CISTRANS OU Z-EI/ ISOMERIE GEOMETRIQUE POUR LES ALCENESI-1- ISOMERIE CIS-TRANSI-2- ISOMERIE Z-EII/ ISOMERIE GEOMETRIQUE CIS-TRANS POUR LES CYCLOALCANESII-1-DIMETHYLCYCLOBUTANEII-2- DIMETHYLCYCLOHEXANECHAPITRE VIII : EFFETS ELECTRONIQUESI/ EFFET INDUCTIFI-1- E-I)I-2-I-3- CONSEQUENCES DES EFFETS INDUCTIFSII/ CONJUGAISON ET AROMATICITEII-1- CONJUGAISONII-2- AROMATICITEIII/ EFET MESOMEREIII-1- EFFET MESOMERE ATTRACTEUR (-M)III-2- EFFET MESOMERE DONNEUR (+M)Chapitre I : INTRODUCTION A LA CHIMIE ORGANIQUEI/ COMPOSES ORGANIQUESLes composés organiques sont des composés qui contiennentessentiellement du carbone sauf le monoxyde de carbone (CO), le dioxyde decarbone (CO2), les carbonates (K2CO3, Na2CO3, NaHCO3), les cyanures (KCN,NaCN), le dissulfure (CS2) et les carbures (CaC2) qui sont des composésinorganiques.Les composés organiques sont formés de liaisons covalentes.
Ils sontrarement soluble dans l'eau et se décomposent facilement par la chaleur.Leurs densités sont voisines de l'unité.II/ NATURE ELECTRONIQUE DES LIAISONS EN CHIMIE ORGANIQUEPour décrire la nature des liaisons C-C et/ou C-H, on utilise la notiondépendent des nombres quantiques n, l et m (voir cours de chimie généraleI S1).n : nombre quantique principale n>0, il détermine la distance moyenne entrel : 0< l < n, nombre quantique secondaire ou azimutal, il définit la sous couche,l = 0 orbitale sl = 1 orbitale p, etc.m : -l < m < l, nombre quantique magnétique, il définit la case quantique, àun niveau l correspond (2l + 1) valeurs (cases) de m.II-1- Orbitales atomiques (OA)y a une grandeprobaorganique sont s et p.II-1-1-de la classification périodique des éléments.
Il a sa couche externe à moitiéremplie.
Pour compléter sa couche périphérique, il pourra se lier à lui mêmeH HeLi Be B 6C N O F NeNa Mg Al Si P S Cl ArLe numéro atomique du carbone est 6 par conséquent sa structureélectroniques est 1s22s22p2.II-1-2- Formes des OA du carboneO. syzx-1, 0, 1) correspond à 3 orbitales px, py et pz.
Cesdernières ont chacune deux lobes et leurs axes de symétrie respectifs Ox, Oyet Oz sont perpendiculaires entre eux.Remarque: Le noyau se trII-2- Valence du carboner avecLa configuration électronique externe du carbone à l'état fondamentalest 2s22p2.2p22s2Cette valence (VC = 2) permet la formation des molécules instables car lacouche périphérique du carbone est incomplète (6e-, il faut 8e-).Exemple : CCl2Octet (8e- sur la couche externe), le carbonedoit faire 4 liaisons donc il doit avoir 4 électrons célibataires sur sa coucheexterne (VC = 4).
Pour cela, le carbone doit être dans un état excité c-à-d unélectron de la sous couche 2s passe à la sous couche 2p.2p22s22p32s1ExcitationEtat fondamentalEtat excitéExemple : CH4 (8e- autour du carbone donc sa couche périphérique estsaturée).Cette hypothèse tétravalence ducarbone (VC = 4) mais non pas sa géométrie qui se traduit parII-3- Hybridation du carboneUne combinaison linéaire des OA conduit aux orbitales dites orbitaleshydrides (OH) spatialement et énergétiquement équivalentes entre elles.2px 2py 2pz2s1Etat excitéPar des différentes combinaisons linéaires des OA du carbone, on peut avoir3, sp2 et sp.II-3-1- Hybridation sp3re que les quatre liaisons C-H du méthane (CH4) sontidentiques et indiscernables.
Chacune forme avec les trois autres le même2pyet 2pz) du carbone subissent une combinaison linéaire pour donner 4 orbitaleshybrides (OH).
Cette combinaison met en jeu une orbitale s et 3 orbitales ppour conduire à quatre orbitales hybrides sp3 équivalentes.1 s+3 p4 sp3(4 OH)pxyzxpypz109°28'sp3sp3sp3sp3sLe carbone hybridé sp3 possède une géométrie tétraédrique.RemarqueII-3-2- Hybridation sp2La combinaison linéaire met en jeu une orbitale s et deux orbitales ppour conduire à trois orbitales hybrides sp2 équivalentes dont leurs axes deinchangée et son axe de symétrie est perpendiculaire au plan des axes desorbitales hybrides sp2.1 s+2 p3 sp2(3 OH)zpz120°sp2sp2sp2Le carbone hybridé sp2 possède une géométrie triangulaire.II-3-3- Hybridation spElle met en jeu une orbitale s et une orbitale p pour conduire à deuxorbitales hybrides sp dont les axes forment un angle de 180° et sontconfondus.
Les deux autres orbitales atomiques p (py et pz) restent naturelleset sont perpendiculaires aux deux orbitales hybrides sp.1 s+1 p2 sp(2 OH)pypzspspLe carbone hybridé sp possède une géométrie linéaire.II-4- Liaisons covalentesLe carbone, situé sur la colonne centrale de la classification périodique,peut se lier àpeut se lier à lui même, aux éléments de la mêdes liaisons covalentes et .Une liaison covalente vient du recouvrement axial de deux orbitaleshybrides (sp, sp2, sp3) dans le cas de la liaison C-et une orbitale s dans le cas de la liaison C-H.Une liaison covalente vient du recouvrement latéralII-4-1- Recouvrement axialpar rapport à ce même axe.
Il aboutit à la formation de liaison covalente .Exemple 1 : méthane CH4 (4)sp3sp3sp3sp3sCsp3HHHH109°28'La géométrie de CH4est tétraédriqueCHHHH+4HConclusion : Un atome de carbone entouré de 4 liaisons est hybridé en sp3.Exemple 2 : éthane CH3-CH3Chaque carbone est entouré de 3 liaisons (C-H) et une liaison (C-C).HHHHHHRecouvrement axialCsp3Csp36HLe recouvrement axial C-C ié par rotation de lamolécule autour de la liaison C-C; il y a la libre rotation autour de la liaisonII-4-2- Recouvrement latéralExemple 1 : éthylène CH2=CH2pz'sp2sp2sp2pzsp2sp2sp2Recouvrement axialRecouvrement latéralHHHH4Hpour former une orbitale moléculaire (OM) correspondant à une liaison de typelèles.la liaisonbloque la rotation autour de la liaison C-C.Conclusion : Un carbone hybridé sp2 est entouré de 3 liaisons et une liaison.
Le carbone sp2 se trouve dans les molécules insaturés (doubles liaisons :C=O, C=S, C=N, C=C).Exemple 2 : acétylène HCCHconduire respectivement à deux liaisons perpendiculaires entre elles.
Lestrois liaisonsConclusion Un carbone hybridé sp est entouré de 2 et 2 .
Il se trouve dansles molécules avec triple liaison et des molécules du genre C=C=C, C=C=O,C=C=N-, C=C=S.II-5- Comparaison entre sp3, sp2 et sp du carboneL'orbitale hybride sp3 est constituée de 25% de caractère s et de 75% decaractère p.
Lorsque le caractère s de l'OH augmente on constate :- Aspect énergétiqueOA ns est plus faible que- Aspect géométrique180°.II-6-Le tableau ci-dessous rassemble les différesp3 sp2 spC 4 3 + 1 2 + 2N 3 + 1 doublet libre 2 + 1 + 1 doublet libre 1 + 2 + 1 doubletlibreO 2 + 2 doubletslibres1 + 1 + 2 doubletslibresChapitre II : ECRITURE DES FORMULES ET FONCTIONSEN CHIMIE ORGANIQUEPour écrire une molécule organique, il faut respecter la valence desatomes qui constitue cette molécule.VC = 4, VN = 3, VO = 2, VH = V(F, Cl, Br, I) = 1.I/ ECRITURE DES FORMULESEn c- Formule brute,- Formule développée plane,- Formule semi-développée,- Formule simplifiée.I-1- Formule bruteque contient la molécule, elle est de la forme CxHyOzNtXw avec X = Cl, Br, I, F.Exemple :- CH4N2O, elle contient (1C, 4H, 2N, 1O).- C3H6O, elle contient 3C, 6H et 1O.neindication sur la façon dont les atomes sont disposés entre eux.
En fait, ilrapport aux autres.I-2- Formule développée plane (FDP)Tous les atomes et toutes les liaisons sont représentés sur la surfaceplane d'une feuille.HCCHCHClHHHClHCNHCHHHHHHCOHHHces atomes dans une molécule, mais non pas leur orientation réelle dansI-3- Formule semi-développée (FSD)Dans cette écriture, on élimine les liaisons C-H, N-H et O-H.Exemples: CH3-CH3, CH3CH2-CH2-NH2, CH3-CH2-OHSi en plus, on élimine les liaisons C-C, C-N, C-deviennent des formules compactes.Exemples: CH3CH2CH2CH3, CH3CH2OH, CH3NHOHI-4- Formule simplifiée (FS)Du point de vue pratique et de simplification des écritures, on utilisepour les chaînes carbonées et les cycles des formules simplifiées.Dans ces formules, on ne garde que le squelette carboné sansnt porter.Par contre, on représente les hétéroatomes (N, O, S), les hydrogènesliés aux hétéroatomes et les halogènes (Cl, Br, I, F).
Chaque extrémité etintersection du squelette correspondent à un carbone.Dans ces représentations, on respecte les angles de valence.CH3CH2CHCH2CH2COOHOHOCH2CHCHCHCH2CNH2CHClClNH2H2CH2CCH2CH2CH2H2CCH3FSDFSExemple :H2CNCH2NCHH2CCH2CH3H3CNNOCH3CH3OCH3FSDFSII/ DIVERSES FONCTIONS ET GROUPEMENT FONCTIONNELSDans un composé organique saturé (CnH2n+2hydrogène par un groupement fonctionnel comportant un ou plusieurshétéroatomes définit une fonction.Exemple :RHROHH3CCH3H3CCH2OHFonction alcoolcarbone fonctionnelremplacer H par OHremplacer H par OHII-1- Valenmplacés par un ou plusieurshétéroatomes.II-2- Principales fonctions organiquesII-2-1- fonctions monovalentesCOHThiolCNAmineCOEther-OxydeCCSHAlcoolII-2-2- Fonctions bivalentesCOHRAldéhydeCétoneCR'RONHR1R2NR1R2NH2NR1R2OHImineOximeHydrazoneCCCII-2-3- Fonctions trivalentesCOOHRAcide carboxyliqueEsterCONH2RAmideCOXRHalogénure d'acideRNitrileCNCOOR'RCOORCOR'Anhydride d'acideII-2-4- Fonctions tétravalentesChapitre III : PRINCIPALES REGLES DE NOMENCLATUREDES COMPOSES ORGANIQUESLa grande diversité des composés orgnomenclature systématique,commun entre tous les chimistes.Internationale de la Chimie Pure et Appliquée (UICPA).
De même, on utilisepour certains composés organiques des noms triviaux qui sont en rapport avecleurs natures et/ou leurs origines.I/ NOMENCLATURE DES ALCANES ACYCLIQUESLes alcanes sont des hydrocarbures saturés de formule brute CnH2n+2.Le nom des alcanes se termine par le suffixe "ane".I-1- Alcanes à chaîne linéaireLes noms des premiers alcanes linéaires sont donnés dans le tableau 1.Les radicaux correspondants sont obtenus par enlèvement d'un hydrogène, il suffit de remplacer la terminaison"aneyle" (alcane alkyle) (tableau 1).I-2- Alcanes à chaîne ramifiéeambiguïté on choisit la plus ramifiée..
1) On numéroteramifications. Le sens de la numérotation est choisi de façon à obtenirl'ensemble de "plus bas indices" : c'est celui qui comporte l'indice le plus basTableau 1 : Nomenclature des premiers alcanes et radicaux alkyles.Tableau1: NOMENCLATURE DES ALCANES ET DES RADICAUX ALKYLESCH 4CH 3 CH 3 CH 3 CH 2MéthaneFormuleMéthyleEthyleCH 3 CH 2 CH 3AlcanePropane CH 3 CH 2 CH 2CHPropyleEthaneCH 3CH 3IsopropyleCH 3 CH 2 CH 2 CH 3 Butane CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 ButyleCH 3 CH CH 3CH 3CH 3CH 3IsobutyleCCH 3TertiobutyleCH 3 (CH 2 ) 3 CH 3 PentaneCH 3 (CH 2 ) 4 CH 3 HexaneCH 3 (CH 2 ) 5 CH 3 HeptaneCH 3 (CH 2 ) 6 CH 3 OctaneCH 3 (CH 2 ) 7 CH 3 Nonanen C11H24n C20H42DécaneUndécaneEicosaneCHCH 3CH 3CH 2 IsobutaneCH 3 CH 2 CHCH 3sec ButyleCH 3CCH 3CH 3 CH 3 NéopentaneCH 3CCH3CH2CH3PentyleNéopentyleCH3CH3(CH2)3CH2--Formule Radicaln C10H22.
2) On classe les substituants par ordre alphabétique avant le nom deporte.
La voyelle terminale des noms des substituants est supprimée.- Chaque numéro de carbone est entouré de deux tirets (-3-) sauf audébut du nom (4-).- Dans le cas de substituants identiques, on utilise les préfixes : di, tri,tétra, etc. Ces préfixes ne sont pas prisalphabétique des substituants.Remarque :- Quand plusieurs numéros précèdent un substituant, ils sont séparés parune virgule (-2,5-).- isoet néo sont pris en considération.II/ NOMENCLATURE DES HYDROCARBURES ACYCLIQUES INSATURESII-1- Les alcènes : CnH2nPour nommer les alcènes, on remplace la terminaison "ane" des alcanespar la terminaison "ène".Pour le premier alcène CH2=CH2, on utilise le nom trivial éthylène au lieu del'éthène.La chaîne principale est celle qui contient le maximum de liaisonsmultiples..
1) On la numérote de façon à donner à la double liaison l'indice le plusbas possible.CH3CH2CHCHCH2CH2CH3CH2CH3CH312345674-éthyl-3-méthylheptaneCH3CH2CHCHCH2CHCH3CH2CH3CH33567CH31244-éthyl-2,5-diméthylheptaneCH3CHCHCH2CH3Pent-2-ène12345CH3CH2CCHCH2CH3CH2CH3123452-éthyl-3-méthylpent-1-ène.
2) Si la molécule contientla terminaison "ane" des alcanes correspondants par la terminaison adiène,atriène , (ex : alca - indices -diène).Quelques noms triviaux de radicaux :CH2CHCH2CHCH2VinyleAllyleII-2- les alcynes : CnH2n-2Pour nommer les alcynes, on remplace la terminaison "ane" des alcanescorrespondants par la terminaison "yne".Pour le premier composé de cette sérieHCCH{, on utilise le nom trivialacétylène au lieu de l'éthyne.Pour le choix de la chaîne principale, on utilise les mêmes règles quepour les alcènes.Les radicaux sont obtenus en remplaçant la terminaison "yne" par"ynyle".Remarque : Si un composé contient les deux types d'insaturations (doubleset triples liaisons), on donne les plus bas indices possibles à l'ensemble desliaisons multiples.CH CH CH 35 4 3 C C H 2 1 Pent-3-én-1-yneN.B : En cas d'ambiguïté, on donne le plus bas indice à la double liaison.CH2CHCHCHCH354321Penta-1,3-dièneCH3CCCH3But-2-yneCCHCH2CHCH212345Pent-1-én-4-yneCCHCH2CHCH2CHCH33-méthylhex-1-én-5-yne123456Remarque : Devant une voyelle le suffixe "ène" devient "én".III/ NOMENCLATURE DES DERIVES HALOGENES (R-X)On utilise le préfixe "halogénoalcane.
Ce sont deshalogénoalcanes.
Les règles de nomenclature des alcanes sont applicablesaux halogénoalcanes (R-X).CH3CHCHCH2CH3ClCl234512,3-dichloropentaneRemarque : On peut nommer les halogénoalcanes comme étant desCH3-I Iodure de méthyleIV/ NOMENCLATURE DES COMPOSES CYCLIQUESIV-1- Les homocyclesOn utilise le préfixe "cyclo" suivi du nom de l'hydrocarbure acycliquecomportant le même nombre de carbones.
Les règles de nomenclature citéespour les hydrocarbures acycliques sont aussi valables pour les cycles.1 23 4561-éthyl-3-méthylcyclohexane cyclohexa-1,3-diène321456CH33-méthylcyclohex-1-ène ("1" facultatif)Cyclohexane123IV-2- Les cycles aromatiquesTous les carbones du cycle sont hybridés sp2. Dans cette série, onIV-3- Les hétérocyclesLes règles de nomenclature UICPA pour les hétérocycles ne seront pastraitées dans ce programme, cependant on donnera quelques noms triviaux deshétérocycles.NHNOOPyridinePyrroleFuraneTétrahydrofuraneV/ NOMENCLATURE DES FONCTIONS SIMPLES ET MULTIPLESV-1- Les alcools : R-OHOn utilise le suffixe "ol" à la place de "eterminaison ol est précédée d'un préfixe multiplicatif diCH3CH2CHCH3OH2341butan-2-olCH3CH2CH2CH22341OHbutan-1-ol123OHOH4-méthylpentane-1,2-diol45CH3CH2CHCH2Benzène ToluèneStyrèneBenzylePhényleCH3CH3CH3CH3CH3CH31,2-diméthylbenzène1,3-diméthylbenzène1,4-diméthylbenzène(orthoxylène)(métaxylène)(paraxylène)V-2- Les éthers (oxydes) : R-O-On utilise le nom oxyde suivi des noms des radicaux.Pour les plus simples, on peut utiliser le préfixe alkoxy (R'-O-) suivi dunom de l'alcane correspondant à la chaîne la plus longue (R-H avec R contientplus de carbone que R').CH3CH2OCHEthoxyéthylène (oxyde d'éthyle et de vinyle)CH2CH3OC2H5MéthoxyéthaneV-3- Les aminesa) Amine primaire (R-NH2)On utilise le nom de l'alcane suivi de la terminaison "amine" (avec élisionéventuelle du "e" muet).CH3CH2CH2NH2Propan-1-amine (propylamine)CH3CH2NH2Ethanamine (éthylamine)b) Amine secondaire (RR'NH), amine tertiaire (RR'R"N)Si elles sont symétriques (les deux ou les trois groupes radicaux R sontidentiques), les amines secondaires ou tertiaires sont nommées selon la mêmerègle que les amines primaires, mais en faisant précéder le nom des groupesR par le préfixe multiplicatif di ou tri.CH3NCH3CH3TriméthylamineCH3CH2NHCH3CH2DiéthylamineLe nom des amines mixtes est précédé de la lettre N éventuellementrépétée.CH3OC2H5Oxyde d'éthyle et de méthyleCH3CH2NHCH3N-méthyléthylamineV-4- Les cétones : R-COR' avec R et R'HOn ajoute le suffixe "one" au nom de l'hydrocarbure correspondant avecélision du e muet précédé d'un indice de position.O5-méthylhexane-2,4-dioneO162V-5- Les aldéhydes : R-CHOLe suffixe "al" (dial e" terminal dansle nom de l'hydrocarbure correspondant.
Le carbone du groupe -CHO portetoujours le numéro 1 et l'inde de position de la fonction est habituellementomis.CH3CH2COHPropanal15OHO2-méthylpentanedialHQuelques noms triviaux :CH3NCH3C6H5N,N-diméthylanilineCH3CH2NCH2CH3CH2CH3N-éthyl-N-méthylpropylamineCH3CH3Propanone (nom trivial acétone)CH3CH3CH2ButanoneCH3CH3CH2CH2Pentan-2-one1345COCOCO2CH3COHAcétaldéhydeHCOHFormaldéhydeV-6- Acides carboxyliques : R-COOHOn utilise le préfixe acide suivi du nom de l'hydrocarbure correspondantavec la terminaison "oïque" (dioïque pour un diagroupe fonctionnel (COOH) porte toujours le numéro 1 et on omet donc l'indicede position.51OOHOAcide 4-méthylpent-2-ènedioïqueOHQuelques noms triviaux :H COOH H COCH 3 COOH CH 3 COAcide formiqueAcide acétiqueFormyleAcétyleCOOH Acide benzoïque Benzoyle COV-7- Dérivées des acides carboxyliquesV-7-1- Halogénures d'acides : R-COXOn remplace dans le nom de l'acide correspondant la terminaison"oïque" par "oyle".
Les halogénures d'acyles (R-COX) sont nommés en faisantprécéder le nom du groupe acyle (RCO-) par le préfixe halogénure de.ClOChlorure de propanoyle (ou de propionyle)CH3CH2COOHCH21234Acide butanoïqueCH3CHCOOHCH43
