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Université Nangui Abrogoua Cours de Chimie Organique Prof. Békro Yves-Alain UFR

Université Nangui Abrogoua Cours de Chimie Organique Prof. Békro Yves-Alain UFR – SFA Licence 2 Prof. Mamyrbékova Janat épouse Békro 1 Chimie organique est la chimie des composés du carbone et de ses dérivés. Chapitre I. Hydrocarbures saturés 1. Alcanes Les alcanes sont des hydrocarbures (composés de C et H), saturés. Ils peuvent être linéaires ou ramifiés. 1.1. Généralités De tous les hydrocarbures, les alcanes sont les plus riches en H, en étant complètement saturés, d’où leur nom d’hydrocarbures saturés. On les appelle aussi paraffines.  Les formules générales sont : CnH2n+2 en série acyclique (alcanes) ; CnH2n en série cyclique (cyclanes) ou alcanes cycliques R – H, R – radical (alkyle) Ils sont constitués de liaisons simples sigma (σ) C – C (1,54 Å) et C – H (1,10 Å). Les électronégativités de C et H sont voisines (χC = 2,2 et χH = 2,1), c’est pourquoi les liaisons C – H sont très faiblement polarisés. 1.1.1. Structure Tous les atomes de C ont une structure tétragonale, donc sont hybridés sp3.. On parle alors d’hybridation tétragonale ou tétraédrique. L’atome de C possède 6e- dont la configuration électronique à l’état fondamental est : 1s22s22p2 1s 2s 2p 1s 2s 2p excitation 1s 2sp3 hybridation A l’état fondamental le carbone a 2e- non pariés, ce qui contrarie à la situation réelle de carbone : dans tous ses composés l’atome de carbone est tétravalent c’est-à-dire il possède 4e- célibataires. Pour faire concorder la théorie Université Nangui Abrogoua Cours de Chimie Organique Prof. Békro Yves-Alain UFR – SFA Licence 2 Prof. Mamyrbékova Janat épouse Békro 2 et les résultats expérimentaux L. Pauling a introduit une notion mathématique qui est l’hybridation des orbitales atomiques (OA) : il s’agit d’un recouvrement d’une OA s et 3 OA p. Il en résulte la formation de 4 orbitales hybrides (OAH) identiques, chacune formant avec les orbitales voisines des angles tétraédriques (109°28’) : 109°28' 2s + 3 2p = 4 2sp3 109°28' 1.1.2. Principales sources gaz naturel il contient essentiellement du méthane Pétroles ils sont constitués de mélanges complexes d'H.C. de C1 à C40 Cycloalcanes (Europe centrale) H.C. aromatiques (Indonésie, Asie) alcane (Pennsylvanie) Alcanes obtenus par raffinage du pétrole Fraction Nombre de C Nature de produits Point d’ébullition Légères C1 – C4 Gaz naturel -164 à - 0,5°C C5 – C11 Essences +30 à +200°C C12 – C14 Kérosène +175 à +300°C C15 – C25 Gas-oil +275 à +400°C lourdes Plus de C25 Cires, lubrifiants, asphaltes 1.1.3. Propriétés physiques. A. Les alcanes sont des  Gaz : du méthane (C1) au butane (C4)  Liquides : du pentane (C5) à l’hexadécane (C16)  Solides : au-delà de C16 B. Ils ont une faible solubilité dans l’eau, mais se dissolvent aisément dans les solvants organiques. C. La densité des alcanes est inférieure à celle de l’eau. Université Nangui Abrogoua Cours de Chimie Organique Prof. Békro Yves-Alain UFR – SFA Licence 2 Prof. Mamyrbékova Janat épouse Békro 3 D. Dans la série homologue les températures d’ébullition (Teb) et de fusion (Tf) augmentent, ainsi que la densité relative. Pour les composés de même masse, la Teb des hydrocarbures ramifiés est moins de celle des hydrocarbures normaux (structure linéaire). 1.2. Isomérie. C’est une existence des composés ayant la même masse moléculaire mais de structure chimique différente. Ces dits composés sont appelés isomères. Les isomères diffèrent par la séquence des atomes (isomères structuraux) et par leur disposition dans l’espace (stéréoisomères). Les derniers à leur tour peuvent être de configuration ou de conformation. Les alcanes présentent la plus simple isomérie structurale – celle du squelette carbonée. Ils se subdivisent en hydrocarbures normaux – composés à chaîne linéaire et en hydrocarbures ramifiés. Exemple d’un alcane normal : CH3- CH2 – CH2 – CH3 (n-butane) Exemple d’un alcane ramifié : CH3-CH(CH2CH3)–CH2–CH3(2-éthylbutane) Le méthane, l’éthane et propane n’ont pas d’isomères. Le butane en a 2 : butane normal (n-Bu) et isobutane, le plus simple alcane ramifié: CH3 - CH - CH3 CH3 On connaît trois isomères de pentane. La quantité d’isomères croît avec le nombre de C : l’hexane - 5, heptane – 9, octane – 18, nonane – 35, pentadécane – 4347 et triacontane plus de 4 000 000 000 (théoriquement). Les atomes de carbone d’un alcane peuvent être liés à un nombre varié d’autres C d’où on distingue l’atome de C primaire (si C est lié à un C), secondaire (si est lié à deux C), tertiaire (à trois C), quaternaire (à quatre C). Exemple : CH3 - CH2 - CH - C - CH3 CH3 C2H5 C3H7 primaire secondaire tertiaire quaternaire 1.2.1. Stéréoisomérie de conformation. Conformères. On appelle stéréoisomérie de conformation la relation existant entre les deux structures se déduisant l’une de l’autre par rotation des liaisons simples (sigma). Ces structures sont dites conformères. La libre rotation de la liaison ϭ C – C fait que les substituants, liés à ces carbones sont susceptibles d’occuper Université Nangui Abrogoua Cours de Chimie Organique Prof. Békro Yves-Alain UFR – SFA Licence 2 Prof. Mamyrbékova Janat épouse Békro 4 des positions différentes les uns par rapport aux autres. Le passage d’un conformère à un autre ne nécessite pas la rupture de la liaison, mais la barrière d’énergie potentielle à franchir est faible. Les deux conformères, en général, ne sont pas séparables. Pour représenter ces formes, on a recours aux représentations spatiales des molécules : A. Représentation de Cram. Exemple de molécule de l’éthane C C C C H3 H1 H2 H3 H1 H2 H3 H3 H1 H2 H1 H2  Un trait plein représente une liaison dans le plan de la feuille ;  Un triangle noir représente une liaison en avant du plan ;  Un triangle hachuré représente une liaison en arrière du plan. Autour de liaison C – C il y a une rotation en permanence, les deux – CH3 peuvent donc occuper une infinité de positions, c’est-à-dire la molécule existe sous forme d’une infinité de conformères. B. Représentation de Newmann. Pour passer de la représentation de Cram à celle de Newmann, on regarde la molécule dans l’axe de la liaison entre deux C et on projette dans un plan frontal. L’atome de devant est représenté par un cercle, ces liaisons sont représentées par les segments issus du centre du cercle. L’atome de derrière est masqué, ces liaisons sont représentées par des segments qui s’arrêtent à la périphérie du cercle. C1 C2 H3 H1 H2 H3 H1 H2 rotation de 60° 1 C1 C2 H3 H1 H2 H3 rotation de 60° 2 C1 C2 H1 H1 H2 H3 H2 H3 3 rotation de 60° C1 C2 H1 H1 H2 H3 4 H1 H2 H3 H2 Université Nangui Abrogoua Cours de Chimie Organique Prof. Békro Yves-Alain UFR – SFA Licence 2 Prof. Mamyrbékova Janat épouse Békro 5 En représentant ces 4 structures de Cram en Newmann, on constate que dans les conformations 2 et 4, les H portés par le C1 s’éclipsent ceux portés par le C2 : on parle de conformation éclipsée. Dans les conformations 1 et 3, tous les H sont vis-à-vis : on parle de conformation décalée. H1 H2 H2 H3 H3 H1 H1 H3 H3 H2 H2 H1 H1 H3 H2 H1 H3 H2 H1 H1 H3 H2 H3 H2 1 2 3 4 Entre ces 2 conformations extrêmes, existent une infinité de conformations intermédiaires pour les lesquelles les H portés par C1 sont plus ou moins éloignés de ceux portés par C2. Les conformations décalées et éclipsées n’ont pas la même énergie potentielle, en raison de l’existence de répulsions. Plus les atomes sont éloignés, plus la structure est stable. La conformation décalée est donc la plus stable, la conformation éclipsée est la moins stable. C. Représentation de Fischer Dans la projection de Fischer :  la chaine carbonée la plus longue est placée sur l’axe vertical,  le groupe fonctionnel le plus oxydé est situé en haut,  les liaisons verticales pointent en arrière du plan du papier,  les liaisons horizontales pointent vers le lecteur. C C H H H H H H C C H H H H H H miroir H H H H H H H H H H H H Université Nangui Abrogoua Cours de Chimie Organique Prof. Békro Yves-Alain UFR – SFA Licence 2 Prof. Mamyrbékova Janat épouse Békro 6 1.3. Nomenclature. La nomenclature est une attribution des noms aux composés. Il existe plusieurs nomenclatures des composés organiques :  Une nomenclature de noms triviaux concerne des composés dont les noms ont été consacrés par l’usage. Exemple : acétone  Une nomenclature fonctionnelle spécifique concerne les noms de composés appartenant à une même famille fonctionnelle. Exemple : diméthylcétone  Une nomenclature systématique, que nous étudierons, permet de nommer sans ambiguïté tout composé organique. Elle obéit à des règles précises et a été créée par l’IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry) :  Les 4 premiers alcanes ont un nom consacré par usage : le méthane, l’éthane, le propane et le butane (CH4 ; CH3- CH3 ; CH3-CH2-CH3 ; CH3- CH2- CH2-CH3).  uploads/Ingenierie_Lourd/ fascicule-cho-lmd-1.pdf