Remerciez-le!

Remerciez @Admin pour avoir partagé cet document gratuitement, de la manière la plus simple, en partageant sur les réseaux sociaux.

Chapitre 1 : Chimie organique – Introduction Marine PEUCHMAUR Année universitai

Chapitre 1 : Chimie organique – Introduction Marine PEUCHMAUR Année universitaire 2010/2011 Université Joseph Fourier de Grenoble - Tous droits réservés. Chimie – Chimie Organique 1. Introduction 2. L’hybridation 3. Structures et formules des molécules organiques 1. Introduction 1.1. Bref historique 1.2. Domaines d’application 1.3. Les objectifs fondamentaux 1.1. Bref historique Chimie organique : Substances issues des êtres vivants (animaux et végétaux) Chimie minérale (ou inorganique) : Substances issues du monde minéral (terre, eau, atmosphère…) Première définition ≠ 1828 : Friedrich Wölher : Synthèse de l’urée Composés organiques Composés inorganiques NH4 +NCO H N H H H N C O cyanate d’ammonium CO(NH2)2 C NH2 O H2N urée 1.1. Bref historique Première définition (suite) 1828 : Friedrich Wölher : Synthèse de l’urée 1965 : Robert B. Woodward : Prix Nobel pour ses travaux de synthèse (cortisone) 1987 : Jean-Marie Lehn : Prix Nobel pour la synthèse de molécules cages (cryptands) Marcelin Berthelot : synthèse d’un grand nombre de composés organiques (éthylène, benzène…) Définition actuelle Chimie organique : Chimie des composés du carbone d’origine naturelle ou produits par synthèse Etude des structures des composants des substances organiques naturelles ; Reproduction par synthèse de produits naturels puis synthèses de dérivés (amélioration propriétés) Synthèse de produits totalement nouveaux (matières plastiques, parfums, arômes, médicaments…) O O O HO H OH H H cortisone N O O N O O O O cryptand [2,2,2] 1.2. Domaines d’application Chimie Organique Textile Produits agroalimentaires Produits cosmétiques Engrais, pesticides, insecticides Polymères Carburants/combustibles Peintures, vernis, colles Médicaments O N3 HO N NH O O AZT ou zidovudine O O N 2-cyanoacrylate de méthyle (super glue) N N N Cl N H N H Atrazine (herbicide) Cl Cl Cl Cl Cl DDT (insecticide) O H N O N H n Nylon O O O O n Polyéthylène téréphtalate (PET) (polyester) N HN N Cl Chloroquine N N OH S O O ONa S O O ONa Azorubine ou carmoisine (E122) Octane N H O O OH NH2 OCH3 O Aspartame (E951) O OH α-tocophérol (vitamine E) 1.3. Les objectifs fondamentaux Établir des relations structure – propriétés des molécules Comprendre les mécanismes des réactions Prévision des réactions Développement de méthodes pour la synthèse de nouvelles molécules organiques 2. L’hybridation 2.1. Rappels 2.2. Définition de l’hybridation 2.3. L’hybridation sp3 2.4. L’hybridation sp2 2.5. L’hybridation sp 2.6. Tableau récapitulatif 2.1. Rappels Représentation des OA s et p Théorie VSEPR Liaison covalente par interaction de 2 OA (recouvrement orbitalaire) Incompatibilité z x y z x y z x y OA s OA px OA py OA pz 2.1. Rappels (suite) Exemple : H2O Explication : orbitales hybrides 1H : 1s1 H Les orbitales py et pz intervenant dans la formation des liaisons sont orthogonales d’après la représentation des OA donc l’angle α formé par les liaisons (H–O–H) doit être de 90°. H O H α Théorie VSEPR 2.1. Rappels Exemple : CH4 4 liaisons identiques, impossible à expliquer avec les orbitales s et p Explication : orbitales hybrides Théorie VSEPR 2.2. Définition de l’hybridation Hybridation des orbitales atomiques (OA) = mélange (combinaison linéaire) des OA d’un atome appartenant à la même couche électronique (ns, np) de manière à former de nouvelles orbitales qui permettent de mieux décrire qualitativement les liaisons entre atomes. Il existe 3 types d’OA hybrides sp3 , sp2 et sp. Cohérence entre ces nouvelles orbitales et la théorie VSEPR Source : biomimetic.crihan.fr/coursorga/hybridationcours.ppt 2.3. L’hybridation sp3 L’hybridation sp3 résulte de la combinaison linéaire d’1 orbitale s avec 3 orbitales p d’un atome (les OA s et p appartenant à la même couche électronique). Pour le carbone (CH4) : 1 OA de type s + 3 OA de type p 4 OA hybrides sp3 identiques Orbitales hybrides dégénérées 4 liaisons C–H identiques Théorie VSEPR : AX4, figure de répulsion tétraèdrique 6C : 1s sp3 6C : 1s 2s 2p 4 OA 4 OA hybrides identiques 2.3. L’hybridation sp3 (suite) Pour l’oxygène (H2O) : Théorie VSEPR : AX2E2, figure de répulsion tétraèdrique (molécule coudée) 8O : 1s 2s 2p 8O : 1s sp3 4 OA 4 OA hybrides 2.4. L’hybridation sp2 L’hybridation sp2 résulte de la combinaison linéaire d’1 orbitale s avec 2 orbitales p d’un atome (les OA s et p appartenant à la même couche électronique). Pour le carbone (C2H4) : 1 OA de type s + 3 OA de type p 3 OA hybrides sp2 identiques + 1 OA de type p Théorie VSEPR : AX3, figure de répulsion triangle plan Liaison double : σ + π C C H H H H 6C : 1s sp2 p 6C : 1s 2s 2p 3 OA 3 OA hybrides identiques 1 OA p non hybridée 2.5. L’hybridation sp L’hybridation sp résulte de la combinaison linéaire d’1 orbitale s avec 1 orbitale p d’un atome (les OA s et p appartenant à la même couche électronique). Pour le carbone (C2H2) : 1 OA de type s + 3 OA de type p 2 OA hybrides sp identiques + 2 OA de type p Théorie VSEPR : AX2, figure de répulsion linéaire Liaison triple : σ + π + π C C H H 6C : 1s sp p 6C : 1s 2s 2p 2 OA 2 OA hybrides identiques 2 OA p non hybridées 2.6. Tableau récapitulatif Orbitales hybrides AXnEm n+m Figure de répulsion Angles de liaisons théoriques Type de liaisons Liaison sp3 4 Tétraèdrique 109,5° Simple σ sp2 3 Trigonale (plane) 120° Double σ+π sp 2 Linéaire 180° Triple σ+π+ π Dans le cas du carbone 3. Structures et formules des molécules organiques 3.1. Ecriture des molécules organiques 3.2. Représentation plane des structures spatiales 3.1. Ecriture des molécules organiques Formule brute Elle donne la formule de composition de l’espèce considérée, c’est-à-dire les atomes qui la composent et leur nombre respectif. Exemples : C2H6 (éthane) C2H6O (éthanol ou méthoxyméthane) Formule développée Elle fait apparaître toutes les liaisons formant la molécule considérée. Exemples : C2H6 (éthane) C2H6O (éthanol ou méthoxyméthane) Formule semi-développée On ne fait apparaître que les liaisons entre les atomes de carbone et les atomes autres que l’hydrogène. Exemples : C2H6 (éthane) C2H6O (éthanol ou méthoxyméthane) C C H H H H H H C C O H H H H H H H C H H O C H H H H3C CH3 H3C CH2 OH H3C O CH3 3.1. Ecriture des molécules organiques (suite) Formule compacte On ne fait pas apparaître de liaison, mais on « range » les atomes par groupes. Exemples : CH3CH3 (éthane) CH3CH2OH (éthanol) ou CH3OCH3 (méthoxyméthane) Formule topologique Dans cette représentation on omet l’écriture des atomes de carbone ou d’hydrogène : un carbone se situe à la jonction de deux traits (liaisons). Exemples : C2H6 (éthane) C2H6O (éthanol ou méthoxyméthane) Quelque soit le type d’écriture utilisé, seul l’enchaînement des atomes est spécifié, l’aspect géométrique de la molécule n’apparaît pas ici. OH O 3.2. Représentation plane des structures spatiales A. Représentation conventionnelle de Cram La représentation de Cram permet de spécifier la géométrie d’une molécule en faisant apparaître les liaisons en perspective. Trait plein : liaison dans le plan de la feuille. Trait gras ou en triangle plein (la pointe étant du côté de l’atome dans le plan) : liaison hors du plan et en avant. Trait pointillé ou triangle hachuré (la pointe étant du côté de l’atome dans le plan) : liaison hors du plan et en arrière. Exemple : Cas du butane Liaisons dans le plan de la feuille Liaison en arrière Liaison en avant H H H H H H H H H H C2H5 H3C H H Pour représenter toute la molécule Pour mettre en évidence un seul des carbones (ici, le carbone 2) Remarque : toutes les liaisons à l’avant sont du même côté. 3.2. Représentation plane des structures spatiales B. Représentation en projection de Newman La représentation en projection de Newman est utilisée pour les molécules possédant au moins 2 atomes de carbone. Elle consiste à dessiner ce que l’on voit lorsqu’on regarde la molécule suivant un axe C–C. Cette représentation permet de visualiser aisément les effets d’interactions stériques entre des groupements portés par 2 carbones adjacents. H H H H H H H H H H H H Cas de l’éthane Projection de Newman 1. On imagine que l’on place un disque au milieu de la liaison C-C. 2. On dessine ce que l’on voit lorsqu’on regarde la molécule selon l’axe C-C. Cas du butane H H H H H H H H H H 1 2 3 4 Représentation de Cram Représentation de Cram Projection de Newman (axe C1-C2) Projection de Newman (axe C2-C3) H H H H C2H5 H CH3 H H H CH3 H Remarque : il n’y a pas une seule projection de Newman pour une molécule, elle dépend de l’angle sous laquelle on souhaite la regarder. H H H H H H 3.2. Représentation plane des structures spatiales B. Représentation en projection de Newman (suite) Cas d’un composé possédant une double liaison Projection de Newman Représentation de Cram H3C H H C2H5 CH3 H uploads/Industriel/ chimie-organique.pdf