EC2 Chimie 10 - Univ-lille1

Chimie organique descriptive 2 :
Les composés oxygénés et azotés Remarque préliminaire :
Les passages du texte qui sont soulignés vous signale que vous pouvez
utiliser des boites de modèles moléculaires disponibles en CURE pour
construire les molécules citées. La chimie organique étudie les molécules qui interviennent dans les
organismes vivants. Elle ne fera intervenir que les atomes de carbone,
d'hydrogène, d'oxygène et d'azote.
Rappelons quelques souvenirs : La valence d'un atome est le nombre de
liaisons de covalence dans lesquelles cet atome peut intervenir.
La valence du carbone est égale à 4 La valence de l'oxygène est égale à 2
La valence de l'hydrogène est égale à 1
La valence de l'azote est égale à 3 Dans le chapitre précédent, nous n'avons étudié que des molécules contenant
des atomes de carbones et d'hydrogène, nous allons maintenant ajouter les
atomes d'oxygène et d'azote I Les composés oxygénés
1) Les alcools Par rapport aux alcanes, on substitue à un hydrogène le groupement
caractéristique des alcools , le groupement hydroxyle : -OH.
Les plus simples des alcools sont :
. le méthanol CH3-OH (s'attaque aux nerfs optiques , présent dans l'alcool
frelaté)
. l'éthanol CH3CH2OH (celui que l'on consomme avec modération ou utilisé
en pharmacie) Nomenclature :
Le nom d'un alcane dérive de celui de l'alcane de même squelette carbonée
en remplaçant le « e » final par la terminaison « ol » caractéristique des
alcools, précédé de l'indice de position du groupe hydroxyle sur la chaîne
carbonée principale. La numérotation de la chaîne principale, la plus longue passant par l'atome
de carbone porteur du groupe hydroxyle, doit lui accorder le plus petit
indice possible. Exemple : Donner le nom de l'alcool suivant
On entoure la chaîne carbonée la plus longue qui contient ici 5 atomes de
carbones (issu du pentane) et on numérote afin que l'indice du carbone
porteur du groupe alcool soit le plus petit possible.
Nom : 3-méthylpentan-2-ol On définit la classe d'un alcool en fonction du nombre de chaînes carbonées
portées par l'atome de carbone porteur de la fonction alcool, on appelle ce
carbone carbone fonctionnel.
Un alcool est primaire si le carbone fonctionnel est lié à 1 ou zéro atome
de carbone.
[pic]où R est un groupement contenant hydrogène et carbone
Un alcool est secondaire si le carbone fonctionnel est lié à 2 atomes de
carbone. [pic] Un alcool est tertiaire si le carbone fonctionnel est lié à 3 atomes de
carbone .
[pic] Exemple : donner le nom et la classe des alcools suivants
.
Nom : 3-méthylpentan-2-ol
Le carbone fonctionnel est relié à deux atomes de carbone, c'est donc un
alcool de classe secondaire.
. Nom : 2,2-diméthylbutan-1-ol
Classe primaire
.
Nom : 2-méthylpentan2-ol 2) Les composés oxygénés insaturés
Ces composés possédent une fonction carbonyle : un carbone relié à un
hydrogéne par une double liaison de covalence. : C=O
L'atome de carbone intervenant dans la fonction carbonyle est trigonal.
Où X et Y sont les atomes reliés au carbone de la fonction carbonyle.
Les 4 atomes :X, Y, C et O sont dans le même plan. Lorsqu'il s'agira de nommer ces composés, le carbone de la fonction
carbonyle fait partie de la chaîne carbonée principale et le carbone du
carbonyle porte un indice minimal. a) Les aldéhydes
Un atome d'hydrogène est relié au carbone du groupement carbonyle. Les aldéhydes ont la structure suivante :
Où R représente un groupement hydrocarboné L'aldéhyde le plus simple est le méthanal : Le nom usuel de ce composé est le formol mais il est très mal adapté car la
terminaison « ol » est caractéristique des alcools. Nomenclature des aldéhydes :
Le nom des aldéhydes est obtenu en remplaçant le « e » final de l'alcane
ayant le même nombre de carbone que la chaîne principale de d'aldéhyde par
la terminaison caractéristique « al » des aldéhydes.
La fonction aldéhyde est forcément en bout de chaîne, il n'est donc pas
nécessaire de préciser sa localisation. Exemple : Donner le nom de ce composé, extrait naturel de l'orange Solution : 3-méthylbutanal ( on est obligé de numéroter à partir du carbone
porteur de la fonction aldéhyde.
b) Les cétones
L'atome de carbone du groupement carbonyle est relié à deux atomes de
carbones.
Structure générale : Où R1 et R2 sont des groupements hydrocarbonés n (à noter R2 ne peut être
un hydrogène, sinon, on retombe dans la famille des aldéhydes) La cétone la plus simple est l'acétone ou propanone
Nomenclature :
Le nom d'une cétone s'obtient en remplaçant le « e » final de l'alcane
possédant le même nombre de carbones que la chaîne principale de la cétone
par la terminaison « one » caractéristique des cétones. Il sera bien sûr nécessaire de préciser la position de la fonction cétone
dans la chaîne carbonée principale. Exemple : . Préciser le nom de cette cétone, phéromone(molécule de communication) des
abeilles :
Solution : heptan-2-one
. Solution : 5-méthylhexan-2-one c) Acide carboxylique L'atome de carbone du groupement carbonyle est relié à un atome de carbone
(ou à un hydrogène) et à un groupement -OH.
Structure générale : Où R : groupement hydrocarboné Ils sont parfois notés RCOOH ou RCO2H Remarque : Malgré la présence du groupement -OH, il n'y a pas de fonction
alcool : la fonction acide carboxylique forme un tout. Les acides carboxylique les plus simples sont :
L'acide formique ( composé produit par les fourmis) ou acide méthanoïque :
L'acide acétique (constituant principal du vinaigre de cuisine) ou acide
éthanoïque :
Nomenclature :
Le nom de l'acide s'obtient en remplaçant le « e » de l'alcane
correspondant au nombre de carbone de la chaîne principale par la
terminaison « oïque » caractéristique des acides carboxyliques , l'ensemble
étant précédé du mot « acide ». Exemple : Il s'agit de l'acide 4-méthylpentanoïque Remarque : le carbone de la fonction acide carboxylique est forcément
affecté de l'indice 1 dans la chaîne principale Comme vous pouvez vous en douter, les acides carboxyliques ont des
propriétés acides dues à l'hydrogène labile du groupement -OH.(sensation de
picotement lors de la piqûre d'une fourmi, acidité du vinaigre). La base conjuguée de l'acide carboxylique RCOOH est l'ion carboxylate RCOO-
. On a le couple acido-basique suivant : Introduit en solution aqueuse, l'acide acétique réagit selon la réaction
acido-basique suivante :
CH3COOH + H2O = CH3COO- + H3O+ On dit qu'une partie de l'acide acétique (pKa = 4,8) s'est dissociée dans
l'eau : pour une solution de concentration de préparation c = 0,1 mol.L-1
en acide acétique, 1% environ de l'acide acétique est dissocié en ion
acétate (ou ion éthanoate) CH3COO-. d) Les esters
Un ester a pour formule générale : Où R1 et R2 sont des groupements hydrocarbonés. La chaîne R1 provient d'un
acide carboxylique R1COOH tandis que la chaîne R2 dérive d'un alcool R2-OH.
A noter : le groupement R2 ne peut être un atome d'hydrogène car sinon le
composé appartient à la famille des acides carboxyliques . Les esters sont en général très odorants. Nomenclature :
Le nom d'un ester comporte deux parties :
- Le premier avec la terminaison « oate » remplaçant le « e » final de
l'alcane correspondant désigne la chaîne provenant de l'acide
carboxylique.
- Le second ave la terminaison « yle » est le nom du groupe alkyle se
trouvant liée à l'oxygéne. Cette seconde chaîne est numérotée si
nécessaire à partir de l'atome de carbone relié à l'oxygène. Exemple :
- Méthanoate d'éthyle (odeur de rhum)
[pic] Ethanoate de propyle
[pic]
2-méthylpropanoate de propyl
II Les composés azotés 1) Les amines
Une amine est constituée d'un azote (N de valence égale à 3) relié à des
atomes de carbones et d'hydrogène. Il existe des amines tertiaires : l'azote est relié à 3 atomes de carbones
Où R1, R2, et R3 sont des
groupements hydrocarbonés Dans une amine secondaire, l'azote est relié à un atome d'hydrogène et à
deux atomes de carbones : Dans le cas d'une amine primaire, l'azote est relié à deux atomes
d'hydrogène : Remarque : l'ammoniac NH3 est un composé minéral Nomenclature : Parmi les chaînes carbonées reliées à l'atome d'azote, la
chaîne principale sera la chaîne comportant le plus de carbones. Le nom de
l'amine sera formé du nom de la chaîne principale en remplaçant le « e »
final par la terminaison caractéristique des amines : « amine » . Exemple : CH3-CH2-NH2 : éthanamine
Exemple :
1,2-diméthylpropanamine Dans le cas des amines primaires et secondaires, les autres groupements
alkyles liés à l'azote sont considérés comme des substituants de l'azote.
On ajoutera la lettre N pour indiquer leur position : sur l'atome d'azote. Exemple :
- N,N-diméthylméthanamine -
N-méthyl,1-méthylpropanamine
Les amines possèdent des propriétés basiques en solution aqueuse : l'atome
possède un doublet électronique libre qui peut capter un ion hydrogène :
R-NH2 + H2O = RNH3+ + OH- 2) Les amides Les amides ont pour formule générale :
Où R, R1 et R2 sont des groupement hydrocarbonés
On a alors un amide disubstitué à l'azote On parle d'amide monosubstitué à l'azote lorsque un des groupements R1 ou
R2 a été remplacé par un atome d'hydrogène :
On obtient un amide non substitué quand R1 et R2 sont remplacés par deux
hydrogènes : Nomenclature
Elle est très similaire à celle des amines, on remplace la terminaison
« amine » par la terminaison « amide ». Exemple
éthanamide
N-
éthyléthanamide
----------------------- Carbone fonctionnel Carbone fonctionnel