Fiche de révision : Chimie organique générale et stéréochimie

📋 Plan du Cours

1. Structure et hybridation du carbone
2. Effets électroniques moléculaires
3. Ruptures et réactivité des liaisons
4. Intermédiaires réactionnels
5. Réactions et nomenclature organique
6. Acides bases et équilibres
7. Cinétique et thermodynamique
8. Conformations et chiralité
9. Isomérie optique et géométrique
10. Stéréochimie des cycles

📖 1. Structure et hybridation du carbone

🔑 Notions clés & Définitions

• Hybridation : La combinaison de n orbitales atomiques pour donner n orbitales hybrides équivalentes.

★ À maîtriser

• L’hybridation sp3 donne une géométrie tétraédrique avec des angles proches de 109°.

• L’hybridation sp2 donne une géométrie trigonale plane avec des angles proches de 120° et empêche la rotation autour d’une double liaison C=C.

• Pour déterminer une hybridation, on écrit la structure de Lewis, on compte les liaisons σ et les doublets non liants, puis on associe un total de 4 à sp3, de 3 à sp2 et de 2 à sp.

Compléments

• L’hybridation sp donne une géométrie linéaire avec un angle de 180° et caractérise notamment les atomes d’une triple liaison.

💡 Astuce mémo

sp3 tétraédrique → sp2 plane → sp linéaire

📖 2. Effets électroniques moléculaires

🔑 Notions clés & Définitions

• Effet inductif : Un effet électronique transmis par les liaisons σ et qui diminue considérablement après trois ou quatre liaisons.
• Effet mésomère : Un effet électronique transmis par des électrons π ou parfois des électrons n dans des systèmes conjugués.

📝 Points essentiels

📌 Les groupements alkyle exercent un effet inductif donneur (+I), tandis que les groupements électronégatifs comme F, O ou N exercent un effet inductif attracteur (-I).

• Selon la règle de Hückel, une molécule cyclique plane est aromatique lorsqu’elle possède 4n+2 électrons π ou n délocalisés.

💡 Astuce mémo

Inductif par σ, mésomère par π

📖 3. Ruptures et réactivité des liaisons

🔑 Notions clés & Définitions

• Nucléophile : Une entité riche en électrons, généralement porteuse de doublets non liants, qui attaque une entité électrophile.
• Électrophile : Une entité pauvre en électrons qui possède une lacune électronique et réagit avec un nucléophile.

📝 Points essentiels

📌 Une rupture hétérolytique est une coupure non symétrique où le doublet de liaison reste avec un seul atome, tandis qu’une rupture homolytique est une coupure symétrique donnant un électron à chaque atome.

💡 Astuce mémo

Hétérolytique : ions ; homolytique : radicaux

📖 4. Intermédiaires réactionnels

🔑 Notions clés & Définitions

• Carbocation : Un ion carboné dont le carbone est hybridé sp2, possède une orbitale p vacante et présente une géométrie plane à 120°.
• Carbanion : Une espèce carbonée généralement formée par arrachement d’un hydrogène par une base, dont le carbone est sp3 et de géométrie pyramidale.

★ À maîtriser

• La stabilité des carbocations augmente avec les effets donneurs d’électrons +I et +M, et l’ordre de stabilité indiqué est tertiaire supérieur aux autres carbocations.

Compléments

• Un radical libre est formé par rupture homolytique, notamment en présence de lumière ou de peroxydes, et sa stabilité suit celle des carbocations.

💡 Astuce mémo

Carbocation pauvre en électrons, carbanion riche en électrons

📖 5. Réactions et nomenclature organique

🔑 Notions clés & Définitions

• Substitution nucléophile : Le remplacement d’un substituant par un nucléophile sur un carbone sp3, rarement sur un carbone sp2.
• Isomères : Des molécules ayant la même formule brute mais des formules développées ou stéréochimiques différentes et des propriétés physiques et chimiques différentes.

📝 Points essentiels

📌 Une addition augmente le nombre de substituants autour d’un atome donné, tandis qu’une élimination est l’inverse d’une addition.

• 🔄 La nomenclature UICPA suit trois étapes:
  1. Choisir le squelette principal
  2. Numéroter selon la fonction prioritaire puis les substituants
  3. Construire le nom avec racine, suffixes et préfixes

💡 Astuce mémo

Substitution → addition → élimination ; choisir, numéroter, nommer

📖 6. Acides bases et équilibres

★ À maîtriser

📌 Selon Brønsted et Lowry, un acide libère un proton et une base reçoit un proton, tandis que selon Lewis un acide accepte un doublet électronique et une base le donne. — Bronsted et Lowry, 1923

📐 Formule — La constante d’acidité vérifie $K_a = \frac{[A^-][H_3O^+]}{[AH]}$ et le pKa vérifie $pK_a=-\log K_a$.

• Les amides sont des bases très faibles parce que leur doublet non liant est fortement délocalisé.

Compléments

• L’acide formique, ou acide méthanoïque, est l’acide carboxylique de référence et possède un pKa de 3,8.

• Dans l’équilibre céto-énolique d’une cétone simple, la forme cétone est majoritaire selon un rapport d’environ 99/1, tandis que les dicétones-1,3 peuvent privilégier la forme énolique.

💡 Astuce mémo

Stabilisation de la base conjuguée → acidité accrue

📖 7. Cinétique et thermodynamique

🔑 Notions clés & Définitions

• Énergie d’activation : La différence d’énergie entre les réactifs et l’état de transition d’une réaction.
• Catalyseur : Une substance qui accélère une réaction et se retrouve inchangée à la fin de la réaction.

📝 Points essentiels

📐 Formule — Pour une réaction élémentaire, la vitesse s’écrit $v=k[A]^a[B]^b$, où k est la constante de vitesse et a et b les ordres partiels.

💡 Astuce mémo

Cinétique : vitesse ; thermodynamique : énergie et équilibre

📖 8. Conformations et chiralité

🔑 Notions clés & Définitions

• Conformation : Une géométrie particulière qu’une molécule peut prendre par simple rotation autour d’une liaison, sans rupture de liaison.
• Chiralité : La propriété d’une molécule dont l’image dans un miroir n’est pas superposable à la molécule elle-même.
• Carbone asymétrique : Un carbone sp3 portant quatre substituants différents.

📝 Points essentiels

• Dans l’éthane, la conformation décalée est moins énergétique et plus stable que la conformation éclipsée, avec une différence d’énergie de 12,5 kJ·mol−1.

💡 Astuce mémo

Conformation sans rupture, configuration avec rupture

📖 9. Isomérie optique et géométrique

📝 Points essentiels

📌 Deux énantiomères sont des images l’un de l’autre dans un miroir et non superposables, tandis que deux diastéréoisomères sont des stéréoisomères qui ne sont pas énantiomères.

• Pour attribuer R ou S, on classe les substituants selon les règles de Cahn-Ingold-Prelog, on place le substituant de priorité 4 à l’arrière, puis on observe le sens 1-2-3.

• Une molécule possédant n carbones asymétriques peut avoir au maximum 2n stéréoisomères.

• 🔄 Le dédoublement d’un racémique suit trois étapes:

  1. Faire réagir le racémique avec un réactif chiral
  2. Séparer les deux diastéréoisomères
  3. Régénérer les deux énantiomères

💡 Astuce mémo

Prioriser → orienter → attribuer R/S ou Z/E

📖 10. Stéréochimie des cycles

🔑 Notions clés & Définitions

• Racémique : Un mélange équimoléculaire de deux énantiomères dont le pouvoir rotatoire est nul.

★ À maîtriser

📌 Pour un alcène simple, l’isomère Z possède les substituants de référence du même côté de la double liaison, tandis que l’isomère E les possède de côtés opposés.

• Les isomères E sont plus stables que les isomères Z.

• Dans un cyclohexane substitué, la conformation chaise est plus stable que la conformation bateau et les substituants en position équatoriale sont les plus stables.

Compléments

• Pour l’acide maléique et l’acide fumarique, les solubilités dans l’eau indiquées sont respectivement 780 g·L−1 et 6 g·L−1.

💡 Astuce mémo

Chaise équatoriale stable, bateau moins stable

📊 Tableaux de synthèse

Principaux intermédiaires réactionnels