EC2 Chimie 10 - Univ

Chimie organique descriptive 2 :
Les composés oxygénés et azotés
Remarque préliminaire :
Les passages du texte qui sont soulignés vous signale que vous pouvez utiliser des boites de
modèles moléculaires disponibles en CURE pour construire les molécules citées.
La chimie organique étudie les molécules qui interviennent dans les organismes vivants. Elle
ne fera intervenir que les atomes de carbone, d’hydrogène, d’oxygène et d’azote.
Rappelons quelques souvenirs : La valence d’un atome est le nombre de liaisons de covalence
dans lesquelles cet atome peut intervenir.
La valence du carbone est égale à 4
La valence de l’oxygène est égale à 2
La valence de l’hydrogène est égale à 1
La valence de l’azote est égale à 3
Dans le chapitre précédent, nous n’avons étudié que des molécules contenant des atomes de
carbones et d’hydrogène, nous allons maintenant ajouter les atomes d’oxygène et d’azote
I Les composés oxygénés
1) Les alcools
Par rapport aux alcanes, on substitue à un hydrogène le groupement caractéristique des
alcools , le groupement hydroxyle : -OH.
Les plus simples des alcools sont :
 le méthanol CH3-OH (s’attaque aux nerfs optiques , présent dans l’alcool frelaté)
 l’éthanol CH3CH2OH (celui que l’on consomme avec modération ou utilisé en
pharmacie)
Nomenclature :
Le nom d’un alcane dérive de celui de l’alcane de même squelette carbonée en remplaçant le
« e » final par la terminaison « ol » caractéristique des alcools, précédé de l’indice de position
du groupe hydroxyle sur la chaîne carbonée principale.
La numérotation de la chaîne principale, la plus longue passant par l’atome de carbone porteur
du groupe hydroxyle, doit lui accorder le plus petit indice possible.
Exemple : Donner le nom de l’alcool suivant
CH3
CH2
CH
CH
CH3
CH3 OH
1
CH3
CH2
CH
CH
CH3
CH3 OH
On entoure la chaîne carbonée la plus longue qui contient ici 5 atomes de carbones (issu du
pentane) et on numérote afin que l’indice du carbone porteur du groupe alcool soit le plus
petit possible.
Nom : 3-méthylpentan-2-ol
On définit la classe d’un alcool en fonction du nombre de chaînes carbonées portées par
l’atome de carbone porteur de la fonction alcool, on appelle ce carbone carbone fonctionnel.
Un alcool est primaire si le carbone fonctionnel est lié à 1 ou zéro atome de carbone.
R
Carbone fonctionnel
H
C
H
OH
où R est un groupement contenant hydrogène et carbone
Un alcool est secondaire si le carbone fonctionnel est lié à 2 atomes de carbone.
R
R2
C
OH
H
Un alcool est tertiaire si le carbone fonctionnel est lié à 3 atomes de carbone .
R
R2
C
OH
R3
Exemple : donner le nom et la classe des alcools suivants

CH3 CH2 CH CH CH3
CH3 OH
Nom : 3-méthylpentan-2-ol
2
Carbone fonctionnel
CH3
CH2
CH
CH3
CH
CH3 OH
Le carbone fonctionnel est relié à deux atomes de carbone, c’est donc un alcool de classe
secondaire.

CH3
CH3
CH2
C
CH2
CH3 OH
Nom : 2,2-diméthylbutan-1-ol
Classe primaire

CH3
CH3
CH2
CH2
C
CH3
OH
Nom : 2-méthylpentan2-ol
2) Les composés oxygénés insaturés
Ces composés possédent une fonction carbonyle : un carbone relié à un hydrogéne par
une double liaison de covalence. : C=O
L’atome de carbone intervenant dans la fonction carbonyle est trigonal.
X
C
O
Y
Où X et Y sont les atomes reliés au carbone de la fonction carbonyle.
Les 4 atomes :X, Y, C et O sont dans le même plan.
Lorsqu’il s’agira de nommer ces composés, le carbone de la fonction carbonyle fait partie
de la chaîne carbonée principale et le carbone du carbonyle porte un indice minimal.
a) Les aldéhydes
Un atome d’hydrogène est relié au carbone du groupement carbonyle.
Les aldéhydes ont la structure suivante : R
C
H
Où R représente un groupement hydrocarboné
L’aldéhyde le plus simple est le méthanal :
O
H
C
O
H
Le nom usuel de ce composé est le formol mais il est très mal adapté car la terminaison « ol »
est caractéristique des alcools.
Nomenclature des aldéhydes :
3
Le nom des aldéhydes est obtenu en remplaçant le « e » final de l’alcane ayant le même
nombre de carbone que la chaîne principale de d’aldéhyde par la terminaison
caractéristique « al » des aldéhydes.
La fonction aldéhyde est forcément en bout de chaîne, il n’est donc pas nécessaire de préciser
sa localisation.
Exemple : Donner le nom de ce composé, extrait naturel de l’orange
O
CH
CH3
CH2
C
H
CH3
Solution : 3-méthylbutanal ( on est obligé de numéroter à partir du carbone porteur de la
fonction aldéhyde.
b) Les cétones
L’atome de carbone du groupement carbonyle est relié à deux atomes de carbones.
Structure générale :
O
R1
C
R2
Où R1 et R2 sont des groupements hydrocarbonés n (à noter R2 ne peut être un hydrogène,
sinon, on retombe dans la famille des aldéhydes)
La cétone la plus simple est l’acétone ou propanone
O
CH3
C
CH3
Nomenclature :
Le nom d’une cétone s’obtient en remplaçant le « e » final de l’alcane possédant le même
nombre de carbones que la chaîne principale de la cétone par la terminaison « one »
caractéristique des cétones.
Il sera bien sûr nécessaire de préciser la position de la fonction cétone dans la chaîne carbonée
principale.
Exemple :

Préciser le nom de cette cétone, phéromone(molécule de communication) des abeilles :
O
CH3
(CH2)4
CH3
Solution : heptan-2-one

CH3
CH
CH3
(CH2)2
C
O
C
CH3
4
Solution : 5-méthylhexan-2-one
c) Acide carboxylique
L’atome de carbone du groupement carbonyle est relié à un atome de carbone (ou à un
hydrogène) et à un groupement -OH.
O
Structure générale :
R
C
OH
Où R : groupement hydrocarboné
Ils sont parfois notés RCOOH ou RCO2H
Remarque : Malgré la présence du groupement –OH, il n’y a pas de fonction alcool : la
fonction acide carboxylique forme un tout.
Les acides carboxylique les plus simples sont :
L’acide formique ( composé produit par les fourmis) ou acide méthanoïque :
O
H
C
OH
L’acide acétique (constituant principal du vinaigre de cuisine) ou acide éthanoïque :
O
CH3
C
OH
Nomenclature :
Le nom de l’acide s’obtient en remplaçant le « e » de l’alcane correspondant au nombre
de carbone de la chaîne principale par la terminaison « oïque » caractéristique des
acides carboxyliques , l’ensemble étant précédé du mot « acide ».
Exemple :
O
CH3
CH
(CH2)2
C
CH3
OH
Il s’agit de l’acide 4-méthylpentanoïque
Remarque : le carbone de la fonction acide carboxylique est forcément affecté de l’indice 1
dans la chaîne principale
Comme vous pouvez vous en douter, les acides carboxyliques ont des propriétés acides dues
à l’hydrogène labile du groupement –OH.(sensation de picotement lors de la piqûre d’une
fourmi, acidité du vinaigre).
La base conjuguée de l’acide carboxylique RCOOH est l’ion carboxylate RCOO- .
5
On a le couple acido-basique suivant :
O
R
C
O
R
C
OOH
Introduit en solution aqueuse, l’acide acétique réagit selon la réaction acido-basique suivante :
CH3COOH + H2O = CH3COO- + H3O+
On dit qu’une partie de l’acide acétique (pKa = 4,8) s’est dissociée dans l’eau : pour une
solution de concentration de préparation c = 0,1 mol.L-1 en acide acétique, 1% environ de
l’acide acétique est dissocié en ion acétate (ou ion éthanoate) CH3COO-.
d) Les esters
Un ester a pour formule générale :
O
R1
C
O
R2
Où R1 et R2 sont des groupements hydrocarbonés. La chaîne R1 provient d’un acide
carboxylique R1COOH tandis que la chaîne R2 dérive d’un alcool R2-OH.
A noter : le groupement R2 ne peut être un atome d’hydrogène car sinon le composé
appartient à la famille des acides carboxyliques .
Les esters sont en général très odorants.
Nomenclature :
Le nom d’un ester comporte deux parties :
- Le premier avec la terminaison « oate » remplaçant le « e » final de l’alcane
correspondant désigne la chaîne provenant de l’acide carboxylique.
- Le second ave la terminaison « yle » est le nom du groupe alkyle se trouvant liée à
l’oxygéne. Cette seconde chaîne est numérotée si nécessaire à partir de l’atome de carbone
relié à l’oxygène.
Exemple :
-
O
H
C
O
CH2
CH3
Méthanoate d’éthyle (odeur de rhum)
O
CH3
C
O
CH2
CH2
CH3
Ethanoate de propyle
6
O
CH3
CH
C
O
CH2
CH3
2-méthylpropanoate de propyl
CH2
CH3
II Les composés azotés
1) Les amines
Une amine est constituée d’un azote (N de valence égale à 3) relié à des atomes de carbones et
d’hydrogène.
Il existe des amines tertiaires : l’azote est relié à 3 atomes de carbones R1
N
R2
R3
Où R1, R2, et R3 sont des groupements hydrocarbonés
Dans une amine secondaire, l’azote est relié à un atome d’hydrogène et à deux atomes de
carbones :
R1 N
R2
H
Dans le cas d’une amine primaire, l’azote est relié à deux atomes d’hydrogène :
R1 N H
H
Remarque : l’ammoniac NH3 est un composé minéral H
N
H
H
Nomenclature : Parmi les chaînes carbonées reliées à l’atome d’azote, la chaîne principale
sera la chaîne comportant le plus de carbones. Le nom de l’amine sera formé du nom de la
chaîne principale en remplaçant le « e » final par la terminaison caractéristique des amines :
« amine » .
Exemple : CH3-CH2-NH2 : éthanamine
Exemple : CH3
CH
CH3
1,2-diméthylpropanamine
CH
NH2
CH3
Dans le cas des amines primaires et secondaires, les autres groupements alkyles liés à l’azote
sont considérés comme des substituants de l’azote. On ajoutera la lettre N pour indiquer leur
position : sur l’atome d'azote.
Exemple :
7
-
CH3
CH3
N
CH3
N,N-diméthylméthanamine
-
CH3
CH2
CH
NH
CH3
CH3
N-méthyl,1-méthylpropanamine
Les amines possèdent des propriétés basiques en solution aqueuse : l’atome possède un
doublet électronique libre qui peut capter un ion hydrogène :
R-NH2 + H2O = RNH3+ + OH2) Les amides
O
Les amides ont pour formule générale :
R
R2
C
N
R1
Où R, R1 et R2 sont des groupement hydrocarbonés
On a alors un amide disubstitué à l’azote
On parle d’amide monosubstitué à l’azote lorsque un des groupements R1 ou R2 a été
remplacé par un atome d’hydrogène :
On obtient un amide non substitué quand R1 et R2 sont remplacés par deux hydrogènes :
O
R
C
NH2
Nomenclature
Elle est très similaire à celle des amines, on remplace la terminaison « amine » par la
terminaison « amide ».
Exemple
CH3
O
éthanamide
C
NH2
O
CH3
N-éthyléthanamide
C
NH
CH2
CH3
8