chimie organique
publicité
CHIMIE ORGANIQUE Analyse organique élémentaire 1. Analyse qualit ative Donner le principe des réactions permettant de mettre en évidence le carbone, l'hydrogène et l'azote mise en évidence du carbone : recherche du CO2 lors de combustion complète hydrogène : recherche d'H2O lors de la combustion azote : recherche de dégagement d'ammoniac NH3 2. Analyse quantit ative A partir des résultats d'une analyse quantitative, déterminer la composition centésimale d'une molécule organique (C,H,O,N) et établir sa formule moléculaire connaissant sa masse molaire Composition centésimale : pourcentage pondéral des différents éléments qui constituent la molécule étudiée. Calcul composition centésimale : %e = (me x 100) / M %e : pourcentage de l'élément dans le composé (inconnu) me : masse de l'élément dans l'échantillon (connu) M : masse molaire de la molécule (connu) Détermination de la formule brute du composé : %e = (Me x Nat) / M %e : pourcentage de l'élément dans le composé (connu) => Nat = %e x M / Me Me : masse molaire de l'élément (connu) Nat : Nombre d'atomes dans la molécule (inconnu) M : masse molaire de la molécule (connu) On utilise la formule ci­dessus pour chaque atome contenu dans la molécule. Le squelette carboné 1. L'atome de carbone : carbone tétraédrique, carbone doublement lié, carbone triplement lié Décrire la géométrie de l'atome de carbone tétraédrique, de l'atome de carbone contractant une double liaison (plan) et de l'atome de carbone contractant une triple liaison (linéaire) Carbone tétraédrique : AX4 (liaisons simples), angles de 109° Carbone trigonal : AX3 (doubles liaisons), angles de 120° Carbone digonal : AX2 (triple liaison) Préciser la possibilité de rotation des liaisons simples et la rigidité des liaisons doubles ou triples Liaisons simples C­C : rotation possible entre les atomes Liaisons doubles ou triples : rigides 2. Principaux groupements fonctionnels et principales fonctions Reconnaître et nommer les principaux groupements fonctionnels et les principales fonctions (précisées dans le programme) alcools chlorure d'acide aldéhyde cétone éther­oxyde ester amine amide acide carboxylique nitrile 3. Règles de nomenclature Donner un nom à un isomère d'alcane, à un isomère d'alcène, à un isomère d'alcyne, à un alcool, à un hydrocarbure halogéné Voir cours nomenclature 1/ Base du nom ­> alcane, alcène, alcyne 2/ Nature des liaisons C­C : liaison simple suffixe ­ane (alcane) liaison double suffixe ­ène (alcène) liaison triple suffixe ­yne (alcyne) 3/ Chaine carbonée principale : alcane ­> la plus longue possible alccène et alcyne ­> la plus longue contenant l'insaturation 4/ Chaine pricipale est la base du nom (nombre de carbone : meth­, éth­, prop­, but­, pent­, hex­) 5/ Nommer les ramification (groupement alkyl) 6/ Numéroter les carbones : alcane ­> les groupement doivent avoir les plus petits numéros possibles alcène et alcyne ­> l'insaturation doit avoir le plus petit numéro possible. 7/Pour la nomenclature des différents fonctions, voir chapitre correspondant Alcool : Alcan­X­ol (préfixe = nom de l'alcane correspondant, ­X­, position du groupement hydroxyl, ­ol suffixe pour les alcools) La fonction alcool doit avoir le plus petit numéro possible, elle est prioritaire sur les insaturations Hydrocarbures halogénés : 4. Isométrie plane et stéréoisomérie Ecrire toutes les formules développées planes possibles d'une chaîne hydrocarbonée saturée (formule molaire donnée ; nombre d'atomes de carbone n'excédant pas 6 carbones) Reconnaître un atome de carbone asymétrique Carbone asymétrique : c'est un carbone tétraédrique possédant quatre substituants différents. On le note C*. Définir énantiomères et diastéréoisomères; représenter un couple d'énantiomères Enantiomères : Ce sont des molécules isomères images l'une de l'autre dans un miroir, mais non­superposables. Diastéréoisomères : ce sont des isomères qui ne sont pas des énantiomères (isomérie Z et E) Les alcanes 1. Déf inition, nomenclature, isomérie Définition : Les alcanes sont des hydrocarbures saturés. C’est­à­dire qu'ils ne sont constitués que d'atomes de carbone (C) et d'hydrogène (H). Formule générale : C n H 2n+2 Nomenclature : (voir chapitre nomenclature) Isomérie : isomères de chaîne (de squelette) 2. Propriétés physiques Préciser l'évolution du point d'ébullition ou du point de fusion avec la masse molaire et la ramification de la chaîne Insolubles dans l'eau, le point d'ébullition augmente avec le nombre de carbone et baisse avec les ramifications. 3. Combustion Ecrire l'équation de combustion complète d'un alcane Cn H 2n+2 + 3n1 O 2 2fi→ nCO 2 2 + n1 H 2O 4. Réactions de substitution par les halogènes Ecrire les équations de substitution d'un alcane par le chlore puis puis puis Réaction photochimique, lente. A la fin de la réaction, au bout de plusieurs heures, présence des 4 produits de la réaction, du monochlorométane au tétrachlorométhane. Les alcènes 1. Déf inition, nomenclature, isomérie Définition : Les alcanes sont des hydrocarbures insaturés. C’est­à­dire qu'ils ne sont constitués que d'atomes de carbone (C) et d'hydrogène (H) et d'une double liaison covalente entre 2 atome de carbone. Formule générale : C n H 2n Nomenclature : (voir chapitre nomenclature) Isomérie : isomères de chaîne (de squelette), de position (position de la double liaison), 2 énantiomères (si carbone asymértrique), 2 diastéréoisomères (isomérie cis­trans) Ecrire les isomères Cis­trans d'un alcène déterminé isomères du but­2­ène Z but­2­ène E but­2­ène 2. Réactions d'addition 2.1 Addition d'hydrogène (symétrique) 2.2 Addition d'halogène Br 2 et Cl 2 (symétrique) H2C = CH2 + Br2 BrH2C – CH2Br Ecrire les réactions d'addition sur un alcène en respectant la règle de Markownikov pour les additions dissymétriques Règle de markovnikov : Dans l'addition d'un composé dissymétrique de la forme H­X, l'hydrogène se porte toujours sur le carbone le plus hydrogéné (ou le moins substitué) de façon prépondérante. 2.3 Addition de chlor ure d'hydrogène HCl (dissymétrique) 2.4 Addition d'eau (dissymétrique) alcool 2.5 Réactions d'oxydation : oxydation br ut ale Ecrire l'équation de la coupure oxydante (http://gfev.univ­tln.fr/Alcenes/ethyleniques.htm) 2.6 Polymérisations Polymérisation : addition d'un composé sur lui­même, le composé est appelé monomère ou motif de base. PVC (chlorure de polyvinyle) Les alcynes 1. Déf inition, nomenclature, isomérie Définition : Les alcanes sont des hydrocarbures insaturés. C’est­à­dire qu'ils ne sont constitués que d'atomes de carbone (C) et d'hydrogène (H) et d'une triple liaison covalente entre 2 atome de carbone. Formule générale : C n H 2n-2 Nomenclature : (voir chapitre nomenclature) Isomérie : isomères de chaîne (de squelette), de position (position de la triple liaison), optique (énatiomères si carbones asymétrique) 2. Réactions d'addition 2.1 Addition d'hydrogène (symétrique) alcyne alcène alcane 2.2 Addition d'halogène Br 2 et Cl 2 (symétrique) alcyne alcène di­chloré Ecrire les réactions d'addition sur un alcène en respectant la règle de Markownikov pour les additions dissymétriques Règle de markovnikov : Dans l'addition d'un composé dissymétrique de la forme H­X, l'hydrogène se porte toujours sur le carbone le plus hydrogéné (ou le moins substitué) de façon prépondérante. 2.3 Addition de chlor ure d'hydrogène HCl (dissymétrique) acéthylène (alcyne) monochloroéthylène 2.4 Addition d'eau (dissymétrique) acéthylène (alcyne) éthanal (aldéhyde) 2.5 Réaction d'oxydation : combustion Ecrire l'équation de combustion complète de l'acétylène Les composés aromatiques 1. Ecrire la molécule de benzène en faisant apparaître ses caractéristiques géométriques et les six électrons délocalisés Les 6 atomes de carbone occupent les sommets d'un hexagone régulier. Les longueurs de liaison entre atomes de carbone sont toutes égales à 0,140 nm, intermédiaire entre une liaison simple (0,154 nm) et une liaison double (0,134 nm). Les 6 atomes d'hydrogène sont dans le même plan que les 6 atomes de carbone. La délocalisation électronique des électrons est schématisée par un cercle à l'intérieur du cycle 2. Déf inition et principaux représent ants : benzène, toluène, xylène, naphtalène, phénol Définition : Les composés aromatiques sont des hydrocarbures cycliques toluène xylène (ortho, méta, para) naphtalène phénol 3. Propriétés physiques des hydrocarbures aromatiques Indiquer les principales propriétés physiques des hydrocarbures aromatiques : insolubilité dans l'eau, pouvoir solvant pour de nombreuses substances organiques Benzène, toluène et xylène sont d'excellent solvants pour de nombreuses substances organiques (dégraissage des métaux), tous les composés aromatiques sont insolubles dans l'eau. 4. Propriétés chimiques des hydrocarbures aromatiques 4.1 réactions d'addition : hydrogène, chlore Ecrire les équations des réactions d'addition de l'hydrogène et du chlore sur le benzène benzène hexachlorocyclohexane benzène cyclohexane 4.2 Réactions de substitution : chlore, brome, acide nitrique, acide sulfurique 4.2.1 Ecrire les équations des réactions de substitution du chlore ou du brome sur le benzène benzène monocholorobenzène puis la réaction se poursuit jusqu'à l'héxachlorobenzène 4.2.2 Ecrire les équations de formation du nitrobenzène, du dinitrobenzène et du trinitrobenzène benzène acide nitrique nitrobenzène puis le réaction se poursuit jusqu'au trinitrobenzène 4.2.3 Ecrire l'équation de formation de l'acide sulfonique benzène acide sulfurique acide sulfonique Les alcools 1. Déf inition, nomenclature, isomérie, classes Définition : On appelle alcool un composé dans lequel un groupe caractéristique hydroxyle ­OH est lié à un atome de carbone saturé Nomenclature : Alcan­X­ol (préfixe = nom de l'alcane correspondant, ­X­, position du groupement hydroxyl, ­ol suffixe pour les alcools) La fonction alcool doit avoir le plus petit numéro possible, elle est prioritaire sur les insaturations Isomérie : isomérie de chaîne, isomérie de position (groupement ­OH), isomérie optique (énantiomères si carbone asymétrique) Définir les trois classes d'alcool. A partir de sa formule (fournie), reconnaître la classe d'un alcool. alcool primaire secondaire tertiaire 2. Propriétés physiques Souligner le rôle des liaisons hydrogène dans les propriétés physiques des alcools (point d'ébullition, solubilité dans l'eau) Les alcools vont être solubles dans l'eau car ils établissent avec l'eau des liaisons hydrogènes. leur point d'ébullition est très haut par rapprt à l'alcane correspondant (éthanol bout à 78°C et éthane à ­89°C). Ces point débullition très haut s'explique par les liaisons hydrogène formées par les molécules entre elles. 3. Propriétés chimiques Mettre en évidence pour chacune des propriétés chimiques les différences de réactivité entre les trois classes d'alcool 3.1 Labilité de l'hydrogène fonctionnel 3.1.1 Ecrire l'équation de la réaction d'estérification et préciser ses caractéristiques : réaction lente, athermique et réversible (substitution) Cette réaction d'estérification est lente, réversible et athermique 3.1.2 Ecrire l'équation de la réaction d'acétalisation avec les aldéhydes et les cétones puis cétone alcool hémiacétal 3.2 Deshydratation Ecrire l'équation d'une réaction de déshydratation intramoléculaire (formation d'alcène) et d'une réaction de déshydratation intermoléculaire (formation d'éther­oxyde) déshydratation intramoléculaire déshydratation intermoléculaire 3.3 Oxydation Présenter les différents produits d'oxydation ménagée obtenus selon la classe de l'alcool : aldéhyde puis acide avec un alcool primaire, cétone avec un alcool secondaire Pas d'oxydation ménagée avec un alcool tertiaire Les amines 1. Déf inition et nomenclature Définir une amine; à partir de sa formule, reconnaître sa classe Amine : composé organique dérivé de l'ammoniac NH3 dont certains hydrogènes ont été remplacés par des carbones. Les différentes classes d'amines : Nommer une amine (formule fournie) Amines primaires : Désignée par le nom de l'hydrocarbure correpondant, précédé du préfixe amino. Notation des carbones : la postion du groupe ­NH2 est le plus petit possible. Amines secoandaires et tertiaires : Le terme « amino » est précédé du nom des radicaux R' et R'' substituant les atomes d'hydrogènes du groupement fonctionnel . ­NH2. La substitution est précisé par les lettres N pour les amines secondaires et N, N pour les amines tertiaires N,N­diméthyl­2­aminobutane 2. Préparation à partir de l'ammoniac Ecrire l'équation de formation d'une amine primaire, d'un amine secondaire, d'une amine tertiaire et d'un sel d'ammonium quaternaire à partir de l'ammoniac et d'un dérivé halogéné (méthode de Hofmann) puis puis puis 3. Caractère basique des solutions aqueuses d'amines 3.1 Inventorier les réactions qui montrent le caractère basique des amines : action sur les indicateurs colorés Les amines vont colorer la phénolphtaleine en rose 3.2 Inventorier les réactions qui montrent le caractère basique des amines : réaction avec les acides 3.3 Inventorier les réactions qui montrent le caractère basique des amines : précipitation des hydroxydes métalliques Une solution aqueuse d'amine est basique (faiblement ionisée) En milieu basique, les ions métalliques forment des hydroxydes métalliques, généralement peu solubles dans l'eau, donc qui précipitent. Une solution aqueuse d'amine va précipiter des hydroxydes métalliques. 4. Réactions d'amidif ication Écrire l'équation de la réaction entre une amine et un groupement acyle (formation d'amide) Avec z =OH, Cl, ester, anhydride d'acide Aldéhydes et cétones 1. Déf inition et nomenclature Différencier aldéhydes et cétones Présence pour les 2 d'un groupement carbonyle C=O Aldéhyde : groupement carbonyle en fin de chaîne Cétone : groupement carbonyle en milieu de chaîne Connaissant sa formule semi­développée, donner un nom à un aldéhyde ou une cétone à chaîne aliphatique saturée. Numéroter les carbones pour que le groupement carbonyle ait le plus petit indice possible Nom de l'aldéhyde : alcane correspondant + suffixe ­al Nom de la cétone : alcane correspondant + suffixe ­one 2. Propriétés chimiques communes aux aldéhydes et aux cétones: 2.1 Réactions d'hydrogénation : hydrogénation douce en alcool Ecrire les équations des réactions d'hydrogénation d'un aldéhyde ou d'une cétone en alcool ou en alcane. Hydrogénation d'un aldéhyde Hydrogénation d'une cétone Aldéhyde Alcool primaire cétone Alcool secondaire 2.2 Réactions d'acétalisation Ecrire l'équation de la réaction d'acétalisation par action sur un alcool (cf alcools) : formation d'hémi­acétal puis d'acétal. cétone aldéhyde alcool alcool acétal hémi­acétal acétal 2.3 Réactions d'aldolisation Ecrire l'équation de la réaction de condensation entre deux aldéhydes (obtention d'un aldol) Ecrire l'équation de la réaction de condensation entre deux cétones (obtention d'un cétol) 3. Propriétés chimiques dif férenciant les aldéhydes et les cétones : 3.1 oxydation des aldéhydes Décrire les réactions d'oxydation par la liqueur de Fehling R-CHO + 2Cu2+(aq) + 5HO-(aq) → RCOO- + Cu2O(s) + 3H2O Décrire les réactions d'oxydation par le nitrate d'argent ammoniacal R­CHO + 2Ag+(aq) + 3HO­ → RCOO­ + 2Ag(s) + 2H2O 3.2 Polymérisation des aldéhydes Ecrire la formule des deux formes polymérisées du formaldéhyde : trioxyméthylène et paraformaldéhyde aldéhyde trioxyméthylène Acides carboxyliques et fonctions dérivées 1. Déf inition et nomenclature Reconnaître ou écrire la formule générale d'un acide carboxylique, d'un ester, d'un amide, d'un nitrile, d'un chlorure d'acide et d'un anhydride d'acide Acide carboxylique Donner la définition d'un acide gras Acide gras : Acide carboxylique à chaine aliphatique contenant au moins 4 carbones. 2. Acidité – action sur des métaux Préciser les réactions qui montrent le caractère acide des acides carboxyliques: réaction avec certains métaux et formation de sels réaction d'oxydo­réduction Demi­équation de réduction Demi­équation d'oxydation 3. Acidité – action sur des bases Préciser les réactions qui montrent le caractère acide des acides carboxyliques: réaction avec des bases Acide carboxylique Sel de sodium 4. Estérif ication Ecrire l'équation de la réaction d'estérification (cf alcools) à partir d'un acide carboxylique réaction lente, athermique et réversible Ecrire l'équation de la réaction d'estérification (cf alcools) à partir d'un chlorure d'acide réaction rapide et totale Ecrire l'équation de la réaction d'estérification (cf alcools) à partir d'un anhydride d'acide réaction rapide et totale 5. Saponif ication Ecrire l'équation d'une réaction de saponification d'un ester par l'hydroxyde de sodium (exemple de la saponification des triglycérides) Triglycérides Savon Glycérol Définir un savon et expliquer l'origine de ses propriétés tensio­actives Un savon est un carboxylate de sodium ou de potassium d'acides gras naturels. Le savon est un agent tensioactif, c'est­à­dire qu'il modifie la tension superficielle entre deux surfaces. Terpenes Définir un terpène Les terpènes sont des dérivés de l'isoprène C5H8 et ont pour formule de base des multiples de celle­ci, c'est­à­dire (C5H8)n. Isoprène ou 2­méthylbuta­1,3­diène Citer une utilisation possible en pharmacie Le camphre C10H16O Le camphre stimule les appareils vasculaires et nerveux. Administré par voie hypodermique (soluté huileux injectable de camphre), il est utilisé pour combattre le collapsus et l'atonie du myocarde. (c'est sa principale indication).
