Fiche de révision : Chimie organique : structures et stéréochimie

📋 Plan du Cours

1. Éléments et valence du carbone
2. Fonctions organiques et isomérie plane
3. Nomenclature des hydrocarbures
4. Nomenclature substitutive et fonctions
5. Représentations et géométrie moléculaire
6. Géométrie des chaînes carbonées
7. Chiralité et énantiomérie
8. Configurations R/S et diastéréoisomérie

📖 1. Éléments et valence du carbone

🔑 Notions clés & Définitions

• Chimie organique : Chimie des composés du carbone.
• Valence : Nombre maximal de liaisons chimiques qu’un atome peut former.

★ À maîtriser

• Dans les molécules organiques, le carbone est généralement tétravalent, l’hydrogène monovalent, l’oxygène divalent et l’azote trivalent.

📌 Une liaison simple est une liaison σ, une liaison double associe une liaison σ et une liaison π, et une liaison triple associe une liaison σ et deux liaisons π.

Compléments

• Les hydrocarbures insaturés comprennent:
  • les alcènes
  • les cycloalcènes
  • les alcynes
  • les cycloalcy nes

📖 2. Fonctions organiques et isomérie plane

🔑 Notions clés & Définitions

• Groupe fonctionnel : Ensemble d’atomes qui confère à une molécule des propriétés caractéristiques, de sorte que les molécules qui le contiennent ont des propriétés similaires.
• Isomères : Composés possédant la même formule brute, mais dont la formule développée est différente, ce qui peut entraîner des propriétés physiques ou chimiques différentes.

📝 Points essentiels

• Les principaux groupes fonctionnels comprennent les halogénures, les organométalliques, les alcools, les thiols, les phénols, les éthers-oxydes, les amines, les aldéhydes, les cétones, les amides, les nitriles, les anhydrides d’acide, les chlorures d’acide et les acides carboxyliques.

📌 L’isomérie de constitution associe des fonctions chimiques différentes, tandis que l’isomérie de position conserve la même fonction chimique mais la place à des positions différentes.

💡 Astuce mémo

Même formule brute, structure différente : isomères de constitution

📖 3. Nomenclature des hydrocarbures

★ À maîtriser

• La formule générale des alcanes acycliques saturés est $C_nH_{2n+2}$.

• Pour nommer un alcane ramifié: choisir la chaîne carbonée la plus longue, identifier les substituants alkyles par ordre alphabétique, numéroter la chaîne avec le plus petit indice pour le premier substituant

📌 Une double liaison caractérise un alcène, tandis qu’une triple liaison caractérise un alcyne.

📌 Pour nommer un hydrocarbure acyclique insaturé, la chaîne principale doit être la plus longue chaîne contenant la liaison multiple, et la numérotation donne la priorité à la liaison multiple sur les substituants.

Compléments

• Les hydrocarbures monocycliques sont nommés en ajoutant le préfixe « cyclo » au nom de la chaîne, et un cycle contenant une double liaison commence sa numérotation à cette liaison.

💡 Astuce mémo

Chaîne principale → substituants → positions

📖 4. Nomenclature substitutive et fonctions

★ À maîtriser

📌 La nomenclature substitutive construit le nom avec un préfixe, une chaîne principale, un suffixe d’insaturation éventuel et le suffixe correspondant à la fonction prioritaire.

• L’ordre de priorité décroissante présenté est:
  • acides carboxyliques
  • anhydrides d’acide
  • esters
  • halogénures d’acyle
  • amides
  • nitriles
  • aldéhydes
  • cétones
  • alcools
  • amines

Compléments

• Les noms d’usage de certains composés organiques, comme le toluène, l’acétone, la chlorophylle et le saccharose, doivent être connus car ils sont courants au laboratoire ou en entreprise.

• Le composé comportant une chaîne à cinq carbones et une fonction acide carboxylique est l’acide pentanoïque.

💡 Astuce mémo

Préfixe → chaîne principale → suffixe prioritaire

📖 5. Représentations et géométrie moléculaire

🔑 Notions clés & Définitions

• Conformère : Disposition moléculaire qui ne diffère d’une autre que par la rotation d’une partie de la molécule par rapport à une autre.

📝 Points essentiels

📌 Les représentations de Cram, de Newman et de Fischer décrivent la disposition relative des liaisons et l’architecture tridimensionnelle des molécules.

• En projection de Fischer, les liaisons verticales sont orientées vers l’arrière du plan et les liaisons horizontales vers l’avant du plan.

• L’hybridation sp3 donne une géométrie tétraédrique à 109,5°, l’hybridation sp2 une géométrie coplanaire à 120° et l’hybridation sp une géométrie colinéaire à 180°.

📌 Dans l’éthane, la rotation autour de l’axe C–C produit une conformation éclipsée et une conformation décalée, cette dernière étant la plus stable.

💡 Astuce mémo

sp³ tétraédrique, sp² coplanaire, sp colinéaire

📖 6. Géométrie des chaînes carbonées

★ À maîtriser

• Les angles des cycles cyclopropane, cyclobutane, cyclopentane et cyclohexane sont respectivement de 60°, 90°, 108° et 120°.

• Le cyclohexane possède deux conformations principales en équilibre mutuel, la forme chaise et la forme bateau.

📌 Une double liaison rend la chaîne rigide et plane et empêche la rotation autour de cette liaison.

Compléments

• Le cycle benzénique est une molécule plane et très stable, avec des angles de liaison de 120°.

💡 Astuce mémo

Chaise stable, bateau moins stable dans le cyclohexane

📖 7. Chiralité et énantiomérie

🔑 Notions clés & Définitions

• Chiralité : Propriété d’un objet ou d’une molécule qui n’est pas superposable à son image dans un miroir.
• Carbone asymétrique : Carbone lié à quatre substituants tous différents.

• Mélange racémique : Mélange contenant les deux énantiomères en proportions égales et dont le pouvoir rotatoire ne peut pas être prévu.

📝 Points essentiels

📌 Une molécule chirale ne possède ni plan de symétrie ni centre de symétrie, quelle que soit sa conformation.

📌 Deux énantiomères ont les mêmes constantes physiques, les mêmes spectres d’absorption et les mêmes caractéristiques chimiques dans un environnement achiral, mais leurs activités biologiques peuvent différer.

💡 Astuce mémo

Chirale : non superposable à son miroir ; achirale : superposable

📖 8. Configurations R/S et diastéréoisomérie

🔑 Notions clés & Définitions

• Forme méso : Molécule possédant deux C* avec les mêmes substituants et un plan de symétrie, ce qui la rend inactive optiquement.

📝 Points essentiels

• La règle de Cahn-Ingold-Prelog attribue une configuration absolue en classant les quatre substituants d’un C* selon le numéro atomique décroissant de l’atome directement lié.

• Lorsque deux substituants sont liés au C* par des atomes identiques, on compare les atomes du niveau suivant, et les liaisons multiples sont comptées comme autant de liaisons simples.

• Après orientation de la molécule avec le substituant de priorité 4 dirigé selon l’axe d’observation, un sens horaire donne la configuration R et un sens antihoraire donne la configuration S.

• Deux stéréoisomères sont des énantiomères s’ils sont images l’un de l’autre dans un miroir, et des diastéréoisomères s’ils ne le sont pas.

• Une molécule possédant deux C* peut présenter les configurations R,R, R,S, S,R et S,S.

📌 Pour une double liaison dont chaque carbone porte deux substituants différents, les deux stéréoisomères sont désignés Z lorsque les groupes prioritaires sont du même côté et E lorsqu’ils sont de côtés opposés.

💡 Astuce mémo

Priorités CIP → orientation → R ou S

📊 Tableaux de synthèse

Types d’hybridation et géométrie

Relations entre stéréoisomères