Fiche de révision : Chimie générale et stéréochimie

📋 Plan du Cours

1. Modèles et nature de l’électron
2. Orbitales atomiques et classification
3. Hybridation et géométrie moléculaire
4. Règle de l’octet et liaisons
5. Polarité et effets électroniques
6. Mésomérie et aromaticité
7. Représentations des molécules
8. Conformations et cyclohexane
9. Stéréoisomérie relative
10. Configurations absolues et CIP

📖 1. Modèles et nature de l’électron

🔑 Notions clés & Définitions

• Orbitale atomique : Fonction d’onde qui décrit l’énergie et la probabilité de présence d’un électron.

★ À maîtriser

📌 L’électron possède une double nature : corpusculaire dans la théorie de Lewis et ondulatoire dans la théorie des orbitales.

Compléments

• Le principe d’incertitude d’Heisenberg implique qu’il est impossible de connaître simultanément avec certitude la position et le comportement d’un électron.

💡 Astuce mémo

Lewis décrit l’électron comme corpuscule, Schrödinger comme onde.

📖 2. Orbitales atomiques et classification

★ À maîtriser

• Une couche électronique de nombre quantique principal n peut contenir au maximum $2n^2$ électrons.

• Le nombre quantique secondaire l varie de 0 à n−1 et définit les sous-couches s, p, d et f.

• Le nombre d’orbitales est respectivement:

  • 1 pour s
  • 3 pour p
  • 5 pour d
  • 7 pour f

📌 Le principe d’exclusion de Pauli autorise au maximum deux électrons par orbitale, avec des spins opposés, notés +½ et −½.

Compléments

• L’atome d’azote, de numéro atomique Z=7, possède la configuration électronique 1s² 2s² 2p³.

💡 Astuce mémo

Couche n → sous-couche l → orientation m.

📖 3. Hybridation et géométrie moléculaire

🔑 Notions clés & Définitions

• Orbitale hybride : Résulte du mélange de n orbitales atomiques de valence de natures différentes et donne n orbitales hybrides.

📝 Points essentiels

📌 Selon la théorie VSEPR, les orbitales hybrides autour d’un atome central s’orientent de manière à s’éloigner le plus possible les unes des autres.

• Pour le carbone, les hybridations correspondent respectivement à:
  • sp : 2 directions de liaison
  • sp² : 3 directions de liaison
  • sp³ : 4 directions de liaison

💡 Astuce mémo

sp, sp², sp³ : 2, 3, 4 directions.

📖 4. Règle de l’octet et liaisons

🔑 Notions clés & Définitions

• Liaison ionique : Attraction électrostatique entre un cation et un anion formés par transfert d’un électron.
• Liaison hydrogène : Association intermoléculaire ou intramoléculaire entre l’hydrogène d’une molécule et un hétéroatome, notamment N ou O, d’une autre molécule.

📝 Points essentiels

📌 La règle de l’octet décrit la tendance d’un atome à acquérir la structure du gaz rare suivant, avec huit électrons sur sa couche de valence.

📌 Le recouvrement axial forme une liaison σ, tandis que le recouvrement latéral de deux orbitales p forme une liaison π.

💡 Astuce mémo

Ionique : transfert ; covalente : partage.

📖 5. Polarité et effets électroniques

🔑 Notions clés & Définitions

• Électronégativité : Tendance d’un atome à attirer les électrons d’une liaison et elle augmente de gauche à droite et de bas en haut dans le tableau périodique, avec l’hydrogène comme exception indiquée.
• Polarisabilité : Aptitude d’une liaison à se polariser sous l’effet de la mobilité des électrons et elle augmente avec la taille des atomes.
• Effet inductif : Répercussion de la polarisation d’une liaison sur les liaisons adjacentes et il peut se propager jusqu’à trois liaisons.

💡 Astuce mémo

Électronégativité → polarisation → effets inductifs.

📖 6. Mésomérie et aromaticité

🔑 Notions clés & Définitions

• Mésomérie : Décrit une molécule possédant un système conjugué qui ne peut pas être représentée complètement par une seule structure de Lewis.

★ À maîtriser

📌 Les structures mésomères préférentielles respectent d’abord la règle de l’octet, placent les charges sur des atomes compatibles avec leur électronégativité et minimisent la séparation des charges.

📌 Selon la règle de Hückel, un composé aromatique possède 4n+2 électrons π délocalisés continûment dans un système cyclique plan, où n est un entier positif.

Compléments

• Plus une molécule possède de formes mésomères, plus elle est stable.

💡 Astuce mémo

Délocalisation des électrons → stabilisation de la molécule.

📖 7. Représentations des molécules

🔑 Notions clés & Définitions

• Projection de Newman : Représente les substituants de deux atomes de référence dans un plan perpendiculaire à la liaison qui les relie.

★ À maîtriser

📌 La formule brute donne la composition globale, la formule développée montre l’enchaînement des atomes et la nature des liaisons, tandis que la formule semi-développée n’explicite pas les liaisons C-H.

• La représentation de Cram utilise un zigzag dans le plan, des traits pleins pour les liaisons dans le plan, des triangles pleins pour les liaisons vers l’avant et des triangles hachurés pour les liaisons vers l’arrière.

Compléments

• La projection de Fischer est utilisée pour les acides aminés et les glucides, avec la chaîne principale verticale, les liaisons verticales vers l’arrière et les liaisons horizontales vers l’avant.

💡 Astuce mémo

Cram → Newman → Fischer pour passer du volume aux projections.

📖 8. Conformations et cyclohexane

★ À maîtriser

📌 La constitution décrit la connectivité et définit les isomères, la conformation dépend des angles de torsion et définit les conformères, tandis que la configuration correspond aux stéréoisomères de configuration.

📌 Une conformation éclipsée possède une énergie plus élevée qu’une conformation décalée.

• L’inversion de chaise du cyclohexane permet de passer une liaison équatoriale en liaison axiale et inversement.

Compléments

📌 Dans un cyclohexane monosubstitué, la position axiale du méthyle est défavorisée par de fortes interactions syn-diaxiales ou 1,3-diaxiales avec deux hydrogènes.

💡 Astuce mémo

Éclipsée, plus énergétique ; décalée, plus stable.

📖 9. Stéréoisomérie relative

📝 Points essentiels

• La nomenclature relative distingue les relations entre centres de chiralité sans utiliser les règles de CIP, tandis que la nomenclature absolue utilise les règles de CIP.

• En projection de Fischer, erythro signifie que les deux groupes OH sont du même côté, tandis que thréo signifie qu’ils sont de part et d’autre.

• Pour les glucides naturels, la configuration D place le OH du dernier carbone asymétrique à droite en projection de Fischer, tandis que pour les aminoacides naturels, la configuration L place le NH2 à gauche.

• Pour les alcènes, cis signifie que les substituants identiques sont du même côté de la double liaison, tandis que trans signifie qu’ils sont de côtés opposés.

💡 Astuce mémo

Cis : même côté ; trans : côtés opposés.

📖 10. Configurations absolues et CIP

★ À maîtriser

📌 Les règles de CIP classent les substituants par priorité décroissante, le substituant lié par l’atome de numéro atomique le plus élevé étant prioritaire. — Cahn-Ingold-Prélog

• Pour attribuer R ou S, on classe les substituants selon CIP, on place le substituant de plus faible priorité à l’arrière, puis on observe le sens de rotation des priorités 1, 2 et 3.

📌 La configuration R ou S ne détermine pas le pouvoir rotatoire positif ou négatif.

Compléments

📌 La nomenclature syn-anti est définie par rapport à un plan de référence : syn place les substituants prioritaires du même côté et anti les place de part et d’autre.

💡 Astuce mémo

CIP : classer, orienter, attribuer R ou S.

📊 Tableaux de synthèse

Types de liaisons chimiques