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COURS DE CHIMIE ORGANIQUE 2 (CHIMIE ORGANIQUE DESCRIPTIVE) « CHIMIE DES GROUPEM

COURS DE CHIMIE ORGANIQUE 2 (CHIMIE ORGANIQUE DESCRIPTIVE) « CHIMIE DES GROUPEMENTS FONCTIONNELS » - Pr. Driss CHEBABE - Pr. Mohamed ZNINI Année Universitaire : 2018-2019 1 SOMMAIRE GENERALITES ………………………………………………………………………………….. 2 RAPPEL SUR LES INTERMEDIAIRES REACTIONNELS ……… 4 CHAPITRE I : LES ALCANES …………………………………………………… 11 CHAPITRE II : LES ALCENES …………………………………………………… 19 CHAPITRE III : LES ALCYNES …………………………………………………… 38 CHAPITRE IV : LES DERIVES HALOGENES ………………………… 46 CHAPITRE V : LES SOLVANTS ……………………………………………… 60 CHAPITRE VI : LES HYDROCARBURES AROMATIQUES … 64 CHAPITRE VII : LES ALCOOLS …………………………………………………… 74 CHAPITRE VIII: LES ORGANOMETALLIQUES ……………………… 85 2 GENERALITES Faisant suite avec le cours de chimie organique 1 (BCG/S3, module C233), Le présent cours s’adresse principalement aux étudiants du parcours BCG/S4 de la Faculté des Sciences et Techniques Errachidia pour leur permettre d’acquérir, d’affermir et de contrôler les connaissances de base de la Chimie Organique fonctionnelle. C’est un prérequispourlachimie organique expérimentale (la stratégie de synthèse) et la chimie organique des grandes fonctions. Ce cours va permettre aux étudiants de : Savoir écrire un mécanisme réactionnel et de connaitre les grands types de transformation chimique. Prévoir les déplacements électroniques possibles des sites nucléophiles vers les sites électrophiles. Relier le formalisme des flèches représentant le déplacement des doublets électroniques à la formation ou à la rupture de liaisons dans les étapes d’un mécanisme fourni. Repérer, dans une étape du mécanisme, les réactifs nucléophile et électrophile à l’aide de déplacements des doublets électroniques. Avoir quelques idées simples sur la nature, la structure des différents intermédiaires réactionnels et leur stabilité. Comprendre à l’aide des exemples du cours les notions de sélectivité (régio, stéréo- et de stéréospécificité). L’objectif de cet élément de module c’est d’accroître les intérêts des étudiants pour la chimie et former de futurs scientifiques à une réelle maitrise de la discipline dans une approche à la fois théorique et pratique. Après un rappel bibliographique sur les intermédiaires réactionnels, Ce cours comprend une étude complète des hydrocarbures et fonctions monovalentes notamment : - Les alcanes(paraffines) de formule générale CnH2n+2, leur propriétés physiques ainsi, que les différentes méthodes de préparation et leurs réactivités. 3 - Les alcènes (oléfines), de formule générale CnH2nleurs méthodes de préparations, leurs propriétés physiques, et la réactivité de ces composés face à un électrophile : additions ionique de HBr (HCl), H2O, Br2 (Cl2), régiosélectivité ainsi de connaitre le principe des réactions d’oxydation et d’ozonolyse. - Les alcynes, appelés également composés acétyléniques, de formule générale CnH2n-2: leurs propriétés physiques, leurs méthodes de préparation et leurs réactivités. - Les dérivés halogénés: appelés aussi halogénures d’alkyles de formule R- X, leurs méthodes de préparation et la réactivité de ces composés face à un nucléophile (mécanismes de substitutition nucléophile) ainsi que leur réactivité face à une base (mécanisme d’élimination). - Les notions de base sur les solvants (support des réactions chimiques) et leurs propriétés. - Les hydrocarbures aromatiques, composés cycliques, hétérocycliques et polycycliques répondant aux règles de hückel, l’étude de leurs réactivités et la protection des groupes. - Les alcools, leurs classements, leurs propriétés physiques et acido- basiques,leurspréparations et étude de la réactivité des différentes classes des alcools, notamment le passage d’un alcool à un composé halogéné et la formation d’alcène par déshydradation. - Les organométalliques: Connaitre la structure d’un organomagnésien et la méthode de préparation avec les précautions à prendre. Leurs classifications, leurs propriétés générales, ainsi que l’étude de leurs réactivités basique et nucléophile. 4 RAPPEL SUR LES INTERMEDIAIRES REACTIONNELS I- Nucléophile et Electrophile Les notions de nucléophilie et de basicité sont deux concepts lies qui traduisent l'aptitude d'un élément à céder un doublet électronique ou non. De même électrophilie et acidité sont liées. Cependant les notions de basicité et d'acidité sont des concepts thermodynamiques caractérisés par des constantes d'équilibre alors que nucléophilie et électrophilie sont des concepts cinétiques. Ainsi, un nucléophile est un réactif capable de céder un doubletd'électron et qui réagit rapidement et un électrophile est unaccepteur de doublet qui réagit vite. D'une façon générale un nucléophile est un centre à forte densité électronique et unélectrophile un centre pauvre en électrons. II- Les intermédiaires réactionnels L’écriture du bilan d’une réaction ne renseigne pas sur les différentes étapes permettant la transformation des réactifs en produits. Il peut y avoir plusieurs étapes élémentaires et un certain nombre d’intermédiaires réactionnels formés pendant la réaction. Un mécanisme réactionnel correspond à la succession d’étapes élémentaires ayant lieu lors du passage des réactifs aux produits. Les intermédiaires réactionnels sont des espèces chimiques qui se forment entre 2 étapes élémentaires, ils sont très peu stables et ont une durée de vie très courte. II-1- Classification des réactions D’un point de vue bilan, on peut classer les réactions chimiques en 4 groupes :  Réactions de Substitution : une liaison  est remplacée par une autre liaison  5 On constate que le groupement Z du substrat a été remplacé ou substitué par le groupement Y, donc on a une réaction de substitution.  Réactions d’Addition: 1 liaison  est rompue, 2 liaisons  formées On a donc une molécule qui se scinde en deux fragments qui se fixent sur une autre molécule.  Réactions d’élimination: formation d’une liaison  On constate que les éléments du substrat se détachent de deux atomes voisins en donnant naissance à une liaison multiple.  Réactions de transposition (ou réarrangement): déplacement d’atomes (tautomérie) 6 II-2- Aspect électronique : Intermédiaires réactionnels La coupure de liaison: Il existe 2 types de coupure des liaisons  selon les conditions de la réaction.  Coupure homolytique : rupture symétrique de la liaison covalente (formation de radicaux). Cette rupture est initiée, le plus souvent, par des radiations U.V.  Coupure hétérolytique: rupture dissymétrique de la liaison covalente (passage par des intermédiaires ioniques : cations et anions). De nombreuses réactions en chimie organique évoluent par l’intermédiaire d’espèces carbonées que l’on peut classer en trois groupes (carbocations, carbanions et radicaux): 1) Les carbocations Ce sont des cations dont la charge électronique positive est portée par un atome de carbone. 7 Sont obtenus lors de la rupture hétérolytique d’une liaison C-Z où l’élément Z est plus électronégatif que le carbone. On les obtient aussi lors de la protonation d’un alcène : * Un carbocation est plan, l’atome de carbone est hybridé sp2 : il y a une orbitale vide orthogonale au plan des trois liaisons partant de l’atome de carbone. Possédant un déficit électronique, les carbocations sont très réactifs et leur énergie est élevée. Des effets inductifs ou mésomères donneurs des groupements R (+I, +M) peuvent les stabiliser en diminuant leur déficit électronique mais ce sont des espèces instables et non isolables. C Z .. . . C + Z Carbocation plan - + C C + H C H C R1 R2 R3 8 2) Les carbanions Ce sont des anions dont la charge négative est portée par un atome de carbone. Sont obtenus lors de la rupture hétérolytique d’une liaison C-Z telle que l’élément Z est moins électronégatif que le carbone. Ils résultent le plus souvent de la rupture des liaisons C-Métal. Mais, ils sont formés également par arrachement d’un proton (lié à un carbone activé). Ils ont une géométrie tétraédrique (structure pyramidale) donc hybridation sp3. . . C Z - + C. . + Z Carbanion + MgCl H3C MgCl H3C R1 R2 R3 9 Les carbanions sont des espèces très instables de haute énergie et non isolables. Ils possèdent un excédent électronique et une charge négative; une de leurs orbitales possède un doublet d'électrons. Les groupements R, par leur effet donneur (+I) augmentent l'excédent électronique et déstabilisent l'espèce. Un effet attracteur (-I) a l'effet inverse. La délocalisation de la charge négative par mésomérie est un facteur stabilisant comme pour les carbocations. Le carbanion, lorsqu’il est engagé dans un système mésomère acquiert alors une géométrie plane. 3) Lesradicaux Ce sont des atomes neutres possédant un électron célibataire dans une orbitale atomique. Sont obtenus lors de la rupture homolytique de liaison peu polarisées C-C ou C-H. On les obtient par chauffage (craquage) ou par irradiation avec parfois la présence d’un initiateur de radicaux. . . C C C. . C + radicaux libres non chargés électriquement 10 La stabilité des radicaux carbonés est analogue à celle des carbocations, c’est-à-dire que des effets inductifs ou mésomères donneurs (+I, +M) peuvent les stabiliser en diminuant leur déficit électronique. Comme les carbocations, ils sont en général plans ce qui correspond à un carbone sp2 11 CHAPITRE I LES ALCANES Les alcanes, appelés aussi paraffines, ont pour formule brute CnH2n+2. Ils sont insolubles dans l’eau ainsi que dans les solvants polaires. Ils sont eux même des solvants pour un grand nombre de composé organique. Les alcanes sont des hydrocarbures saturés (pas de liaisons multiples). Des carbones hybridés SP3 liés par des liaisons σ. Dans leur structure, on peut distinguer les atomes de carbone de type primaire, secondaire, tertiaire ou quaternaire selon le nombre d’atomes de carbones voisins. Ils sont classés en divers types d’après leur structure : Les alcanes linéaires (n-alcane) de formule générale CnH2n+2 Les alcanes ramifiés (branchés) de formule générale CnH2n+2 Les alcanes uploads/Finance/ cours-de-chimie-organique-descriptive-bcgs4-c245.pdf