Cours chimie organique BCG
Cours chimie organique
Document 2 : La représentation topologique
Les molécules organiques possèdent par définition un ou plusieurs atomes de carbone. À ces atomes de carbone sont liés des atomes d’hydrogène et des hétéroatomes (atomes autres que C et H).
L’enchaînement des atomes de carbone porte le nom de squelette carboné. Le squelette carboné devient vite de taille et de complexité importante au fur et à mesure que le nombre d’atomes de carbone augmente, la représentation développée devient donc rapidement lourde et peu lisible. Une première simplification consiste en l’utilisation des formules semi-développées, en groupant avec chaque carbone le nombre d’hydrogènes liés.
Mais ces formules restent encombrantes et peu lisibles quand la taille de la molécule augmente. L’indication de tous les atomes d’hydrogène apparaît comme superflue, parce qu’on sait que le carbone est tétravalent. Ainsi, on s’aperçoit qu’un carbone saturé en bout de chaîne est toujours accompagné de trois hydrogènes (CH. −), entre deux carbones de deux hydrogènes (−CH0 −), qu’un carbone avec double liaison en bout de chaîne est un CH0, etc. On convient par conséquent de représenter le squelette carboné de manière simplifiée et lisible appelée représentation topologique (la plupart des molécules sont représentées ainsi dans le document 1).
Elle est basée sur les usages suivants :
1. Les atomes de carbone ne sont pas représentés : on dessine seulement les liaisons C − C (le « squelette ») ; un enchaînement d’atomes de carbone est figuré par une ligne brisée ;
2. Les atomes d’hydrogène liés à des atomes de carbone ne sont pas représentés, pas plus que les liaisons C − H ;
3. Les hétéroatomes X sont par contre représentés normalement.
Remarques :
ü Les règles 1 et 2 ne sont en rien obligatoires. On peut décider de représenter un atome de carbone spécifique ou bien un atome d’hydrogène sur lequel on veut insister. Par exemple, un aldéhyde (le butanal ici) peut être représenté de l’une des ces quatre façons :
ü Les atomes d’hydrogène doivent toujours être écrits lorsqu’ils sont liés à un hétéroatome ou bien à un atome de carbone que l’on a choisi d’indiquer :
…
…
1) Détermination de la fonction principale = suffixe du nom
Lorsque la molécule contient uniquement des atomes de carbone et d’hydrogène, ainsi que des atomes ne désignant pas de fonction (au sens de la nomenclature) comme les halogènes, la molécule ne comporte pas de suffixe. S’il n’y a que des liaisons simples carbone-carbone, c’est un alcane. S’il y a une liaison double, c’est un alcène (on remplace le « a » de l’alcane par un « è »). S’il y a une liaison triple, c’est un alcyne (on remplace le « a » de l’alcane par un « y »). La position de la liaison multiple est indiquée (sauf possibilité unique comme l’éthène, le propène, l’éthyne…) par un nombre représentant la position du premier des deux atomes engagés dans la liaison multiple, la chaîne carbonée étant numérotée de manière à affecter à cette liaison multiple le numéro le plus petit. Le nombre s’intercale entre tirets juste avant la lettre « è » ou « y » caractéristique de l’alcène ou de l’alcyne.
(1) Lorsqu’il y a deux liaisons doubles, l’alcène est nommé diène. Notez la présence du « a » avant « diène » : hexa-1,3-diène ; les deux nombres représentant les positions sont séparés d’une virgule. En revanche, si la molécule possède une ou plusieurs fonctions au sens de la nomenclature (groupe caractéristique figurant dans le tableau suivant), alors l’une de ces fonctions (la première dans l’ordre du tableau) est choisie pour fonction principale. Le nom de la molécule se termine alors par le suffixe caractérisant cette fonction principale, c’est à dire que le « e » final de l’alcane (et seulement le « e ») est remplacé par le suffixe.
PLAN DU COURS
Chapitre 1 : Introduction à la chimie organique
I Les molécules organiques et l’isomérie
1) La chimie organique est la chimie des composés du carbone
2) La représentation topologique
3) Les hydrocarbures
4) Groupes fonctionnels oxygénés
5) L’isomérie : isomérie de structure et stéréo-isomérie
II Transformations en chimie organique
1) Enjeux et stratégies de la chimie organique
2) Classification des réactions organiques
3) Réactions acido-basiques
III Spectroscopies
1) La spectroscopie UV-visible
2) La spectroscopie IR
3) La spectroscopie RMN
4) Application : détermination de structures
Chapitre 2 : Réactions d’addition nucléophile
I Addition d’un organomagnésien sur le groupe carbonyle ou CO�
1) Préparation et principales propriétés des organomagnésiens mixtes
2) Utilisation : construction d’une liaison carbone-carbone par addition nucléophile
3) Hydrolyse acide
4) Incorporation dans une stratégie de synthèse
II Addition d’un alcool sur le groupe carbonyle : l’acétalisation
1) Hémiacétalisation et acétalisation acido-catalysées
2) Application : cyclisation du glucose
3) Application à la protection de fonctions
Chapitre 3 : La stéréo-isomérie
I La stéréo-isomérie de conformation
1) Définitions ; énergie d’une conformation
2) Étude conformationnelle de l’éthane
3) Étude conformationnelle du butane
4) Étude conformationnelle du cyclohexane
5) Cyclohexane substitué et autres cycles
II La stéréo-isomérie de configuration
1) L’énantiomérie
2) La diastéréo-isomérie
Chapitre 4 : Réactions de substitution nucléophile
I Propriétés principales des halogénoalcanes, alcools et éthers
II Le mécanisme bimoléculaire SN�
1) Présentation sur le cas de la réaction de l’ion iodure avec le (R)-2-bromobutane
dans l’acétone
2) Nucléophiles oxygénés
Synthèse des éthers par la méthode de Williamson
Protection des alcools par formation d’un étheroxyde benzylique
III Le mécanisme unimoléculaire SN�
1) Présentation sur le cas de l’hydrolyse du (R)-3-chloro-3-méthylhexane
2) Alcoolyse d’un halogénoalcane
IV Compétition entre les deux mécanismes
1) Facteur principal : la classe du substrat
2) La nature du nucléophile
3) La nature du solvant
V Substitution d’un groupe hydroxyle par un halogène
1) La méthode au mésylate ou au tosylate
2) Traitement des alcools par HX concentré
Réactif de Lucas ; test de Lucas
Chapitre 5 : Réactions d’élimination ; compétition élimination/substitution
I Les mécanismes E2 et E1
1) Le mécanisme bimoléculaire E2
2) Le mécanisme unimoléculaire E1
3) Compétition entre E2 et E1
4) Régiosélectivité et diastéréosélectivité : règle de Saytsev
II Compétition entre élimination et substitution
1) Influence de la température
2) Critères de basicité et de nucléophilie
III La déshydratation des alcools
1) Déshydratation par l’acide sulfurique ou phosphorique concentré
2) Déshydratation intramoléculaire par passage au tolsylate ou au mésylate
Chapitre 6 : Réactions d’oxydoréduction
I Généralités
1) Définitions
2) Nombre d’oxydation
3) Écriture des équations symbolisant les réactions d’oxydoréduction
4) Oxydoréduction et molécules organiques
II Oxydoréduction des fonctions oxygénées
1) Oxydation des alcools et des aldéhydes
2) Réduction des alcools par les métaux alcalins
3) Réduction des composés carbonylés en alcools
III Oxydation des alcènes
1) Oxydation en diol
2) Coupure oxydante.
