i i “chimie_organique” — 2009/4/21 — 15:36 — page v — #5 i > i SOMMAIRE Préambule ................................................................................................................................................................... XI PARTIE 1 : COURS DE CHIMIE ORGANIQUE ............................................................................................................ 1 1. ANALYSE ORGANIQUE RÉGLEMENTAIRE .............................................................................. 3 Analyse qualitative ou mise en évidence des éléments constitutifs des composés organiques ............................................................................................................................. Mise en évidence du carbone ............................................................................................................. Mise en évidence de l’hydrogène .................................................................................................... Mise en évidence de l’azote ................................................................................................................. Analyse quantitative et composition centésimale d’un composé organique ...... Analyse quantitative .................................................................................................................................. Composition centésimale ....................................................................................................................... Exercices récapitulatifs .................................................................................................................................... 3 3 3 3 4 4 4 5 2. LE SQUELETTE CARBONÉ : NOTIONS GÉNÉRALES SUR LA CHIMIE ORGANIQUE ............................................................................................................. 7 L’atome de C tétraédrique, le C doublement ou triplement lié .................................... Caractéristiques du C tétraédrique ................................................................................................ Caractéristiques du C doublement lié .......................................................................................... Caractéristiques du C triplement lié .............................................................................................. Notions de formules brutes, semi-développées, développées et simplifiées ....... Formule brute ................................................................................................................................................. Formule développée .................................................................................................................................. Formule semi-développée ..................................................................................................................... Formule simplifiée ou formule topologique .......................................................................... Principaux groupements fonctionnels et principales fonctions ..................................... Isomérie plane et stéréo-isomérie.......................................................................................................... Isomérie plane................................................................................................................................................. Stéréo-isomérie .............................................................................................................................................. Règles de nomenclature et conventions d’écriture .................................................................. Méthodologie de nomenclature : les étapes à respecter .............................................. Conventions d’écriture à respecter ................................................................................................. Quelques applications pharmaceutiques ......................................................................................... 7 7 8 8 8 8 9 9 10 10 11 11 11 14 14 17 18 3. LES ALCANES ...................................................................................................................................................... 20 Définition – Isomérie – Nomenclature ................................................................................................ Définition ............................................................................................................................................................ Isomérie ................................................................................................................................................................ Nomenclature .................................................................................................................................................. Propriétés physiques et structure .................................................................................................... Réactivité chimique des alcanes .............................................................................................................. Généralités ......................................................................................................................................................... Combustion complète des alcanes .................................................................................................. Substitution d’un alcane par Cl2 ....................................................................................................... Quelques applications pharmaceutiques ......................................................................................... Exercices récapitulatifs .................................................................................................................................... 20 20 21 22 23 24 24 24 25 26 27 V i i i i i i “chimie_organique” — 2009/4/21 — 15:36 — page vi — #6 i i 4. LES ALCÈNES ....................................................................................................................................................... 31 Définition – Isomérie – Nomenclature ................................................................................................ Définition ............................................................................................................................................................ Isomérie ................................................................................................................................................................ Stéréo-isomérie cis / trans ...................................................................................................................... Nomenclature .................................................................................................................................................. Réactions d’addition ......................................................................................................................................... Généralités ......................................................................................................................................................... Additions symétriques de H2 et de X 2 ......................................................................................... Additions dissymétriques ....................................................................................................................... Réaction de coupure oxydante ................................................................................................................ Généralités ......................................................................................................................................................... Applications ...................................................................................................................................................... Polymérisation des alcènes .......................................................................................................................... Formation des polyéthylènes .............................................................................................................. Synthèse des chlorures de polyvinyle ........................................................................................... Quelques applications pharmaceutiques ......................................................................................... Exercices récapitulatifs .................................................................................................................................... 31 31 31 32 33 34 34 35 36 38 38 39 40 40 41 41 42 5. LES ALCYNES ....................................................................................................................................................... 46 Définition – Isomérie – Nomenclature ................................................................................................ Définition ............................................................................................................................................................ Isomérie ................................................................................................................................................................ Nomenclature .................................................................................................................................................. Réactions d’addition ......................................................................................................................................... Généralités ......................................................................................................................................................... Additions symétriques de H2 et de X 2 ......................................................................................... Additions dissymétriques ....................................................................................................................... Combustion complète de l’acétylène .................................................................................................. Quelques applications pharmaceutiques ......................................................................................... Exercices récapitulatifs .................................................................................................................................... 46 46 46 47 48 48 48 50 53 53 53 6. LE BENZÈNE ET AUTRES ARÈNES ................................................................................................... 57 Généralités sur les composés aromatiques ..................................................................................... Définition ............................................................................................................................................................ Principaux arènes et dérivés ................................................................................................................ Propriétés physiques des arènes ....................................................................................................... Propriétés chimiques du benzène .......................................................................................................... Caractéristiques de la molécule de benzène .......................................................................... Additions sur le benzène ........................................................................................................................ Substitutions sur le benzène................................................................................................................ Applications pharmaceutiques ................................................................................................................. Exercices récapitulatifs .................................................................................................................................... 57 57 58 59 59 59 59 61 64 65 7. LES ALCOOLS ...................................................................................................................................................... 70 Définition et nomenclature ........................................................................................................................ Définition ............................................................................................................................................................ Les 3 classes d’alcools ................................................................................................................................ Nomenclature .................................................................................................................................................. Relations entre propriétés physiques et structure .............................................................. Propriétés chimiques des alcools ............................................................................................................ Polarité ................................................................................................................................................................. Réaction d’estérification ......................................................................................................................... Réactions de déshydratation ............................................................................................................... Oxydation ménagée des alcools ....................................................................................................... Réaction d’acétalisation .......................................................................................................................... Les polyols ................................................................................................................................................................. 70 70 71 71 72 73 73 73 75 77 78 80 VI i i i i i i “chimie_organique” — 2009/4/21 — 15:36 — page vii — #7 i Définition ............................................................................................................................................................ Exemples .............................................................................................................................................................. Applications pharmaceutiques ................................................................................................................. Exercices récapitulatifs .................................................................................................................................... i 80 81 81 82 8. LES ALDÉHYDES ET LES CÉTONES ................................................................................................ 86 Définition et nomenclature ........................................................................................................................ Définition ............................................................................................................................................................ Nomenclature .................................................................................................................................................. Propriétés chimiques communes ............................................................................................................ Généralités ......................................................................................................................................................... Hydrogénation catalytique ................................................................................................................... Réaction d’acétalisation .......................................................................................................................... Aldolisation et cétolisation ................................................................................................................... Propriétés chimiques différenciant les aldéhydes et les cétones ................................... Réactions d’oxydation .............................................................................................................................. Polymères du formaldéhyde ................................................................................................................ Applications pharmaceutiques ................................................................................................................. Exercices récapitulatifs .................................................................................................................................... 86 86 87 88 88 88 90 92 93 93 95 95 96 9. LES ACIDES CARBOXYLIQUES ET FONCTIONS DÉRIVÉES .................................... 102 Les fonctions et leur nomenclature ...................................................................................................... La fonction acide carboxylique .......................................................................................................... La fonction ester ........................................................................................................................................... La fonction amide ........................................................................................................................................ La fonction nitrile ......................................................................................................................................... La fonction chlorure d’acide ................................................................................................................ La fonction anhydride d’acide ........................................................................................................... Notion d’acide gras ..................................................................................................................................... Propriétés chimiques des acides carboxyliques ........................................................................... Action des acides sur certains métaux ......................................................................................... Action des acides sur les bases ........................................................................................................... Les savons et la saponification ........................................................................................................... Les réactions d’estérification ............................................................................................................... Applications pharmaceutiques ................................................................................................................. Exercices récapitulatifs .................................................................................................................................... 102 102 103 104 105 106 107 108 109 109 110 111 114 117 118 10. LES AMINES ....................................................................................................................................................... 123 Définition et nomenclature ........................................................................................................................ Définition ............................................................................................................................................................ Les 3 classes d’amines ................................................................................................................................ Nomenclature .................................................................................................................................................. Synthèse de hofmann : alkylation des amines ............................................................................. Généralités ......................................................................................................................................................... Obtention des amines I, II et III .......................................................................................................... Obtention des ions ammonium IV .................................................................................................. Réactivité chimique des amines ............................................................................................................... Caractère basique du N ............................................................................................................................ Réactions basiques des amines .......................................................................................................... Amidification ................................................................................................................................................... Applications pharmaceutiques ................................................................................................................. Exercices récapitulatifs .................................................................................................................................... 123 123 123 124 126 126 126 126 128 128 128 130 131 132 11. LES TERPÈNES ................................................................................................................................................. 137 Définition .................................................................................................................................................................. 137 Applications pharmaceutiques ................................................................................................................. 137 VII i i i i i i “chimie_organique” — 2009/4/21 — 15:36 — page viii — #8 i i PARTIE 2 : EXERCICES DE SYNTHÈSE .............................................................................................................................. 139 Questions ...................................................................................................................................................................... 141 Corrigés ........................................................................................................................................................................... 151 PARTIE 3 : FICHES DE RÉVISION « EXPRESS » ........................................................................................................ 173 Le squelette carboné ........................................................................................................................................ 175 L’atome de C ........................................................................................................................................................... Principaux groupements et fonctions ................................................................................................. Isomérie plane ....................................................................................................................................................... Stéréo-isomérie Cis / Trans et C* .............................................................................................................. Règles de nomenclature en chimie organique ............................................................................ Conventions d’écriture en nomenclature organique ............................................................. 175 175 176 176 177 178 Les alcanes ................................................................................................................................................................... 179 Qu’est-ce qu’un alcane ? ................................................................................................................................ Méthode d’obtention des isomères d’alcane ................................................................................ Comment nomme-t-on un alcane ? ...................................................................................................... Relation entre propriétés chimiques et physiques des alcanes ....................................... Qu’obtient-on par substitution du méthane par le dichlore ? ........................................ Qu’obtient-on par combustion complète des alcanes ? ........................................................ 179 179 179 179 180 180 Les alcènes ................................................................................................................................................................... 181 Qu’est-ce qu’un alcène ? ................................................................................................................................ Comment nomme-t-on un alcène ? ...................................................................................................... Qu’obtient-on par addition symétrique sur un alcène ? ...................................................... Qu’obtient-on par addition dissymétrique sur un alcène ? ............................................... Qu’obtient-on par coupure oxydante d’un alcène ? ............................................................... Qu’obtient-on par polymérisation de l’éthylène ?.................................................................... 181 181 181 182 182 183 Les alcynes ................................................................................................................................................................... 184 Qu’est-ce qu’un alcyne ? ................................................................................................................................ Comment nomme-t-on un alcyne ? ....................................................................................................... Qu’obtient-on par addition symétrique sur un alcyne ? ...................................................... Qu’obtient-on par addition dissymétrique sur un alcyne ? ................................................ Qu’obtient-on par combustion complète de l’acétylène ? ................................................. 184 184 184 184 185 Les arènes ..................................................................................................................................................................... 186 Qu’est-ce qu’un arène ? ................................................................................................................................. Relation entre propriétés chimiques et physiques des arènes ........................................ Écrire la molécule de benzène en faisant apparaître ses caractéristiques géométriques et les six électrons délocalisés : les formules de kékulé ............. Qu’obtient-on par réaction d’addition sur le benzène ? ..................................................... Qu’obtient-on par réaction de substitution sur le benzène ? .......................................... 186 187 187 187 188 Les alcools .................................................................................................................................................................... 189 Qu’est-ce qu’un alcool ? comment reconnaître les 3 classes d’alcool ? ..................... Comment nomme-t-on un alcool ? ....................................................................................................... Relation entre propriétés chimiques et physiques des alcools ........................................ Qu’est-ce que l’estérification ? ................................................................................................................. Qu’obtient-on par déshydratation des alcools ?......................................................................... 189 189 189 190 190 VIII i i i i i i “chimie_organique” — 2009/4/21 — 15:36 — page ix — #9 i i Qu’obtient-on par oxydation ménagée des alcools ? ............................................................. 190 Qu’est-ce que l’acétalisation ?................................................................................................................... 190 Qu’est-ce qu’un polyol ? ................................................................................................................................ 191 Les aldéhydes et les cétones .................................................................................................................... 192 Comment reconnaître, différencier et nommer un aldéhyde et une cétone ? ... Qu’obtient-on par addition de H2 (hydrogénation) sur un aldéhyde ou une cétone ? ............................................................................................................................................. Qu’est-ce qu’une acétalisation ?.............................................................................................................. Qu’est-ce que l’aldolisation et la cétolisation ? ........................................................................... Comment mettre en évidence l’oxydation des aldéhydes ? .............................................. Quels sont les polymères du formaldéhyde = méthanal ? .................................................. 192 192 192 193 193 193 Les acides carboxyliques et fonctions dérivées................................................................... 194 Qu’est-ce qu’un acide carboxylique et comment le nommer ? ....................................... Les fonctions dérivées d’acides carboxyliques et comment les nommer ? ............. Qu’est-ce qu’un acide gras ? ....................................................................................................................... Propriétés acides .................................................................................................................................................. Savons et saponification ................................................................................................................................ Estérification ........................................................................................................................................................... 194 194 194 194 195 195 Les amines .................................................................................................................................................................... 196 Qu’est-ce qu’une amine ? ............................................................................................................................. Les 3 classes d’amines ...................................................................................................................................... Comment nomme-t-on une amine ? .................................................................................................... Comment fabrique-t-on des amines ? ................................................................................................. Une amine est une base de brönsted .................................................................................................. Qu’est-ce qu’une amidification ? ............................................................................................................ 196 196 196 196 197 197 PARTIE 4 : ANNEXES ........................................................................................................................................................................ 199 Classification périodique simplifiée ............................................................................................. 201 Phrases mnémotechniques aidant à retenir la cpe colonne par colonne (pour les quelques éléments nécessaires au BP) ...................................................................................................................................... 202 Caractéristiques des éléments (utiles à titre indicatif pour le BP) .......... 203 Index .................................................................................................................................................................................. 205 IX i i i i