organique II
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organiqueII 2014 Chimie organique II Les forces intermoléculaires • les forces intramoléculaires sont les forces attractives qui maintiennent les atomes ensemble dans une molécule telles que les liaisons chimiques • les forces intermoléculaires sont les forces attractives qui s’exercent entre les molécules • les forces intermoléculaires sont typiquement moins fortes que les forces intramoléculaires • sans les forces intermoléculaires, toutes les substances seraient des gaz parfaits • à une assez basse température, les molécules d’un gaz ralentissent à un tel point qu’elles ne peuvent pas échapper les forces intermoléculaires, et il y aura condensation du gaz organiqueII 2014 Les forces intermoléculaires • les forces de dispersion de London (van der Waals) • les forces dipôle­dipôle • les liaisons hydrogène • toutes ces forces/interactions peuvent agir en même temps dans un système • il existe aussi des forces répulsives entre deux molécules (répulsions entre les électrons et entre les noyaux) qui augmentent très rapidement si la distance qui sépare les molécules dans un état condensé diminue • les solides et liquides sont donc très peu compressibles organiqueII 2014 Les forces de dispersion Dipôles temporaires et induits interagissant entre les uns avec les autres • dû aux positions instantanées des électrons, un atome ou molécule non­polaire peut toujours avoir un dipôle instantané (ou temporaire) • ce dipôle instantané peut induire un dipôle dans les autres atomes ou molécules • N.B. moyenné sur le temps, un atome ou molécule non­ polaire n’a aucun moment dipolaire • les forces de dispersion expliquent pourquoi des gaz non­ polaires tels qu’un gaz noble, ou H2, N2, O2, etc. condense éventuellement • ces interactions deviennent plus importantes si la polarisabilité de la molécule est élevée • la polarisabilité indique la facilité avec laquelle le nuage électronique dans un atome ou une molécule peut être déformée • la polarisabilité devient plus importante lorsque le volume de l’atome ou de la molécule augmente car les électrons sont plus loins des noyaux et plus faiblement retenus organiqueII 2014 Les forces de dispersion • les forces de dispersion augmentent généralement avec la masse molaire car la polarisabilité augmente généralement avec la masse molaire substance point de fusion (oC) CH4 ­182 CF4 ­150 CCl4 ­23 CBr4 90 CI4 171 • N.B. les points de fusion et d’ébullition augmentent si les forces intermoléculaires deviennent plus importantes • les forces de dispersion peuvent devenir plus importantes que les forces dipôle­dipôle • eg.; CBr4 et CI4 ont des plus hauts points de fusion que le H2O Les forces dipôle­dipôle • les forces dipôle­dipôle sont celles qui agissent entre les molécules polaires • dans un solide, les molécules s’allignent afin de permettre une attraction mutuelle maximale • dans un liquide, les molécules essaient de s’alligner autant que possible pour maximiser l’interaction attractive dipôle­ dipôle organiqueII 2014 La liaison hydrogène Liaisons­H dans H2O, NH3 et HF • la liaison hydrogène est un type d’interaction dipôle­dipôle entre un atome H participant déjà à une liaison polaire (N­H, O­H, ou F­H) et un atome O, N, ou F électronégatif A—H……B ou A—H……A • la liaison hydrogène a une énergie qui peut être aussi grande que 40 kJ/mol (≈10% d'une liaison covalente) • les liaisons hydrogène constituent une force importante dans le maintien de la structure et dans les propriétés de nombreux composés • l’importance des liaisons hydrogène se voit dans les points d’ébullition des hydrures des groupes 5A, 6A, et 7A • dans chaque groupe, le composé le plus léger a le plus haut point d’ébullition car les liaisons hydrogène doivent être cassées avant que les molécules puissent rentrer dans la phase gazeuse (après ceci, le point d’ébullition augmente avec la masse) organiqueII 2014 La liaison hydrogène • la force des liaisons hydrogène augmente lorsque l’électronégativité de l’élément attaché à H augmente, donc HF a les plus fortes liaisons hydrogène • cependant, H2O a le plus haut point d’ébullition car les liaisons hydrogène stabilise ce composé le plus • H2O est “unique” car il a deux doublets libres sur le O et deux H et chaque molécule peut donc participer dans quatre liaisons hydrogène • NH3 (un seul doublet libre sur N) et HF (un seul hydrogène) peuvent juste participer dans deux liaisons hydrogène Les forces intermoléculaires • Exemple: Dites quel(s) type(s) de forces intermoléculaires s’exerce(nt) entre les molécules (ou les unités de base) de chacune des espèces suivantes: (a) SO2, (b) CH4, (c) H2O . organiqueII 2014 Types de forces intermoléculaires Exemples de l’effet des liaisons-H organiqueII 2014 organiqueII 2014 Alcanes (alcènes et alcynes) Polaire ? Non polaire liaisons­H ? Non solubilité : non-solubles dans l'eau ; soluble dans solvants non-polaires Solvant polaire dissout soluté polaire (et ionique) Solvant non­polaire dissout soluté non­polaire point d'ébullition : bas pour les premiers alcanes ; 1 à 5 C : pt d'ébul. < 30°C 6 à 16 C : pt d'ébul. entre 30 et 275°C Autres caractéristiques : • Alcènes et alcynes ont des propriétés physiques semblables aux alcanes • Pour un même nombre de C, les chaînes sans ramifications ont un plus haut point d'ébullition que les chaînes ramifiées, plus les ramifications rendent la molécule circulaire, plus le point d'ébullition diminue organiqueII 2014 Les aromatiques Les hydrocarbures contenant au moins un cycle de benzène sont appelés des aromatiques H C H H H C C C C H C H Benzène Le benzène est constitué de 6 liaisons égales qui sont à peu près équivalentes à 1½ liaison. D'où leur stabilité et ceci explique pourquoi le benzène ne réagit pas comme les cycloalcènes. Nomenclature Si le benzène est le groupe principal (les autres sont des liaisons simples C­C), on nomme cette molécule comme un cycloalcane : position­ramification­benzène. Si un benzène est une ramification à une chaîne, on appelle le groupe “phenyl”. Par exemple, CH3 CH3 CH CH3 méthylbenzène (toluène) 2­phénylpropane organiqueII 2014 Nomenclature alternative pour benzènes Au lieu des indices de position, les chimistes utilisent parfois un préfixe qui identifie la position des ramifications lorsqu'il y en a deux. CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 1,2­diméthylbenzène ortho­diméthylbenzène 1,4­diméthylbenzène 1,3­diméthylbenzène méta­diméthylbenzène para­diméthylbenzène Exemples Nomme les aromatiques suivants. Dessine les aromatiques suivants 2­phénylbutane CH3­CH­CH2­CH3 pentylbenzène para­éthylpropylbenzène CH2CH2CH3 CH2­CH2­CH2­CH2­CH3 CH2CH3 . organiqueII 2014 Les dérivés halogénés (haloalcane ou halogénoalcane) Les halogénoalcanes sont des hydrocarbures pour lesquels un (ou plusieurs) H a été remplacé par un halogène. Nomenclature Halogène Préfixe Fluoro­ F Chloro­ Cl Bromo­ Br Iodo­ I Cl H Br H C H C Cl Cl H C Cl H Chlorométhane Cl H Tétrachlorométhane Bromométhane Pour les cas de plus d'un C tu dois nommer la position aussi. I F CH3 CH CH2 CH3 CH3 C CH2 2­iodopropène 2­fluorobutane Les CFC Les chlorofluorocarbures sont des exemples d'halogénoalcanes (TOUS les H ont été remplacés par des halogènes) et seraient en partie responsable de la destruction de la couche d'ozone. Cl Voici un exemple. Cl C F Cl Trichlorofluorométhane organiqueII 2014 halogénoalcanes primaire secondaire 2­iodopropane fluoroéthane tertiaire 2­méthyl­2­bromopropane Le C lié à l'halogène Le C lié à l'halogène est lié à 1 autre C. est lié à 2 autres C. Le C lié à l'halogène est lié à 3 autres C. Polaire ? Polaire liaisons H ? Non solubilité : peu ou non-solubles dans l'eau ; solubles dans solvants non-polaires et/ou organiques point d'ébullition : bas, mais supérieur à celui des alcanes du même nombre de carbone organiqueII 2014 13) 1,2­diéthylbenzène 1,3­diéthylbenzène 1,4­diéthylbenzène 1­méthyl­2­propylbenzène 1­méthyl­3­propylbenzène 1­méthyl­4­propylbenzène butylbenzène 1,2,3,4­tétraméthylbenzène 1,2,3,5­tétraméthylbenzène 1,2,4,5­tétraméthylbenzène organiqueII 2014 18 20) 1­iodopropane organiqueII 2014 Alcools Quelques alcools connus méthanol : solvant éthanol : boisson et carburant propan­2­ol : antiseptique (alcool à friction) éthane­1,2­diol : composante principale de l'antigel pour voiture groupe fonctionnel : formule générale : Nomenclature Comme alcane + «­ol» à la fin * le plus petit indice possible doit être donné au C auquel est lié ­OH * le groupe­OH doit faire partie de la chaine principale Ex. Nomme les alcools suivants a) 2­méthylpentanol b) 2­éthylpentan­1­ol organiqueII 2014 Polaire ? liaisons H ? solubilité : point d'ébullition : alcools primaire alcool secondaire alcool tertiaire organiqueII 2014 Les amines Groupe fonctionnel : NH2, NHR ou NR2 : groupe amine Formule générale : R‐ NH2 * Comme un dérivé de amine primaire amine secondaire amine tertiaire site avec molécules en 3D http://wps.pearsoned.com.au/ibcsl/89/22897/5861848.cw/index.html Quelques amines complexes organiqueII 2014 Polarité : polaire Liaisons H : Oui (amines primaires et secondaires) Solubilité dans l’eau : oui, très solubles Point d'ébullition : assez élevé :+ que les halogénoalcanes et - que les alcools Caractéristiques : ‐ très présentes dans la nature, souvent toxique, parfois médicinale. ‐ Plusieurs hormones sont des amines ‐ Petites amines ont forte odeur répugnante comme la cadavérine (H2NCH2CH2CH2CH2 CH2NH2) ‐ bases faibles (comme l’ammoniac) organiqueII 2014 P. 26 no 15 a) b) ou CH3OH c) d) e) organiqueII 2014 Groupe carbonyle : Aldéhyde Groupe fonctionnel : ‐C=OH Formule générale : R‐CHO Un aldéhyde est un composé organique dont méthanal éthanal Nomenclature : Comme alcanes, avec ‐al à la fin. Le C qui a la liaison double avec l’oxygène prend l’indice 1. Exemples. Nomme ces aldéhydes = O pentanal 2­ méthylbutanal Exemple. Dessine un diagramme structural du 2,2­diméthylpropanal organiqueII 2014 Cétone Groupe fonctionnel : ‐C=O‐ Formule générale : R‐COR’ Lorsque le groupe carbonyle propanone pentan‐2‐one Nomenclature : Comme aldéhydes, avec ‐one à la fin. Le C qui a la liaison double avec l’oxygène prend le plus petit indice et il faut donner la position du groupe fonctionnel. Exemple Dessine un diagramme structural du 3­méthylbutan­2­one organiqueII 2014 Polarité : Polaire Liaisons H : Non, mais peut en faire avec l'eau. Solubilité dans l’eau : Oui Point d'ébullition : Pas si élevé + qu'halogénoalcane, - que les amines Caractéristiques: ­ aldéhydes : forte odeur âcre cétone : odeur douceâtre plus «grande» aldéhyde : odeur agréable ­ parce que polaire et organique : solvant polaire et non polaire (propan­2­one(acétone)) organiqueII 2014 Devoir p.36 nos 30 à 32 30 a) b) c) 31 32 hexanal 2­méthylpentanal 3­méthylpentanal 4­méthylpentanal 2,3­diméthylbutanal 2­éthylbutanal hexan­2­one 3­méthylpentan­2­one 4­méthylpentan­2­one hexan­3­one 2­méthylpentan­3­one organiqueII 2014 Les acides carboxyliques Groupe fonctionnel : COOH : groupe carboxyle Formule générale : R‐ COOH Nomenclature «acide (alcane d'origine)­oïque Le carbone du groupe carboxyle est à la position no 1 Ex. : acide 2­méthylbutanoïque acide 2,2­diméthylpropanoïque organiqueII 2014 Polarité : Polaire. Liaisons O-H et C=O sont polaires Liaisons H : Oui, fortes liaisons H entre molécules d'acide et avec l'eau Solubilité dans l’eau : «petits» acides très solubles. Comme les autres, solubilité diminue avec le nb de C Point d'ébullition : Élevé, même les «petits« acides acide éthanoïque: 118°C Caractéristiques: • Beaucoup ont une odeur forte et désagréable • -OH de l'acide n'agit pas comme ion OH - d'une base O + H 2 ­ + H3O+ + H 2O + + OH­ + H2O organiqueII 2014 Devoir p.40 nos 33 à 36 34 35 a) b) c) 36 acide butanoïque acide 2­méthylpropanoïque organiqueII 2014 Les esters Groupe fonctionnel : COOR' ; dérivé des acides carboxyliques Formule générale : R‐COOR' Produit de la réaction entre un acide carboxylique et un alcool Estérification acide carboxylique méthanoate d'éthyle alcool ester eau butanoate d'éthyle organiqueII 2014 Polarité : Polaire. Liaisons C-O et C=O sont polaires Liaisons H : Non entre molécules, mais oui avec l'eau Solubilité dans l’eau : Point d'ébullition : Les 2 premiers sont solubles. Plus de 3 ou 4 C : non-solubles Pas si élevé, un peu plus bas que les cétones et aldéhydes Caractéristiques: • Souvent une odeur et un goût agréable, utilisés dans les parfums et pour les saveurs artificielles, en particulier celles des fruits. organiqueII 2014 Devoir p.45 nos 37 à 40 39 a) b) c) d) e) 41 butanoate de méthyle propanoate d'éthyle éthanoate de propyle méthanoate de butyle 2­méthylpropanoate de méthyle éthanoate de prop­2­yle organiqueII 2014 Point d'ébullition Le point d'ébullition varie selon différents facteurs qui sont des variantes de 1 facteur, l'attraction entre les molécules. Les différentes forces intermoléculaires, la «taille» et la «forme» des molécules font varier le point d'ébullition. 1. Plus la masse moléculaire est grande, plus les forces de dispersion de London sont fortes ⇒plus haut pt d'ébullition 2. La forme de la molécule influence : de chaîne linéaire à molécule «compacte», le pt d'ébul. diminue. 36,3°C 27,9°C 9,5°C 3. Le type de forces intermoléculaires qui domine dans une molécule influence sur le point d'ébullition des différents groupes fonctionnels liaisons H > dipôle­dipôle > dispersion de London Pt. force groupe Mr fonctionnel principale d'ébul. composé formule butène C4H8 56 alcène dispersion ­6,2°C butane C4H10 58 alcane dispersion ­0,5°C butyne C4H6 54 alcyne dispersion 8,1°C chloropropan e C3H9Cl propanal CH3CH2CHO 58 propanone CH3COCH3 78,5 haloalcane dipôle 46,5 aldéhyde dipôle 48,8°C 58 cétone dipôle 56,2°C propan­1­ol CH3CH2CH2OH 60 alcool acide éthanoïque acide CH3COOH liaison H 97,2°C 60 carboxylique liaison H 118°C Donc, en ordre croissant de point d'ébullition alcane < haloalcane < aldéhyde < cétone < alcool < acide carboxylique amine ester La volatilité : capacité d'un liquide de se vaporiser (sans être chauffé) En général, les liquides qui ont un point d'ébullition <100°C sont considérés volatiles organiqueII 2014 Questions d'anciens examens BI (choix multiples) 1. On considère le composé de formule ﴾CH3CH2﴿CH=CH﴾CH3﴿. Quelles propositions sont correctes ? I. Le pent­2­ène est le nom correct. II. La formule empirique est CH2. III. Le pentane est un isomère du composé. A. I et II uniquement B. I et III uniquement C. II et III uniquement D. I, II et III 2. La diacétylmorphine ﴾héroïne﴿ contient plusieurs groupements fonctionnels différents. Parmi les suivants, quels sont les deux groupements fonctionnels présents dans la diacétylmorphine ? A. ester, cycle benzénique B. cétone, cycle benzénique C. aldéhyde, alcène D. cétone, alcène 3. Quel composé a le point d’ébullition le plus bas ? A. CH3CH2CH2OH B. CH3CH2CH2Br C. CH3CH2COOH D. CH3CH2CH2CH3 organiqueII 2014 Questions d'anciens examens BI (questions à réponse construite) 1. Le composé X a la formule moléculaire suivante : C4H8O2 a) X est un acide carboxylique à chaîne linéaire. Dessinez sa formule structurale. [1] b) Dessinez la formule structurale d’un isomère de X qui est un [1] ester. c) L’acide carboxylique contient deux liaisons carbone­oxygène différentes. Identifiez quelle liaison est la plus forte et laquelle est la plus longue. [2] d) Exprimez et expliquez lequel, du propan­1­ol, CH3CH2CH2OH, ou du méthoxyéthane, CH3OCH2CH3, est le plus volatil. [3] e) Le propan­1­ol, CH3CH2CH2OH, et l’hexan­1­ol, CH3(CH2)4CH2OH, sont deux alcools. Exprimez et expliquez lequel des deux composés est le plus soluble dans l’eau. [2] organiqueII 2014 1. A 2. A 3. D Pièces jointes méthanamine.MOL amines complexes.pdf
