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Chapitre 4
STRUCTURE MOLÉCULAIRE
NOMENCLATURE
EN CHIMIE ORGANIQUE
I- Détermination de la formule brute
La formule brute générale d'un composé organique
s’écrit : CxHyOzNt .
Elle indique:
 le nombre des atomes,
 la nature des atomes qui composent la molécule.
Détermination de x, y, z et t
Analyse élémentaire (Analyse centésimale):
La combustion de CxHyOzNt en présence d’ oxygène donne
de manière quantitative du CO2, du H2O et du N2(gaz).
les masses de CO2, H2O et N2 sont déterminées
expérimentalement.
me
m(CO2)
m(H2O)
V(N2 )
La combustion d'une masse me d’un échantillon donne:
 mCO2 la masse de dioxyde de carbone
 mH2O la masse d'eau formée
 VN2
le volume de l’azote dégagé
A partir de ces données, on peut calculer les masses
du C, H, O et N contenues dans me.
1mole de CO2 pèse 44g
Dans 44g de CO2
m CO2
12g de carbone
mc
1mole de H2O pèse 18g
Dans 18g de H2O
m H2O
2g d’hydrogène
mH
Volume en litre et la masse en gramme
Connaissant les masses: mC , mH et mN , on en déduit
celle de l‘oxygène :
mO = me – (mC + mH + mN)
A partir de ces masses on calcule facilement les
pourcentages :
mc 100
%C = me
mo 100
%O = m
e
mH 100
%H = m
e
mN 100
me
%N =
La masse molaire de la molécule (CxHyOzNt) s’écrit:
M = 12x + y + 16z + 14t
12x 100
%C = M
y
%H = M 100
16z 100
%O = M
14t 100
%N = M
mC
M
x= m x
12
e
mH
y=
x M
me
mO
M
z= m x
16
e
mN
M
t= m x
14
e
Formule brute s’écrit: CxHyOzNt
Indice d’insaturation : I
A une formule brute CxHyOzNt correspond plusieurs formules
développées possibles.
Si la molécule contient n atomes de carbone on aura au
maximum (2n+2) atomes d'hydrogènes.
 La molécule (CnH2n+2) est dite SATURÉE.
 Si le nombre d’atomes d’hydrogènes est inférieur à 2n+2,
la molécule est dite INSATURÉE.
Le nombre d’insaturations pour une formule brute CxHyOzNt est
donné par l’indice d’insaturation I :
I : entier
naturel
 x: nombre d'atomes de carbone
 y: nombre d'atomes monovalents (H, F, Cl, Br, I,…)
 t: nombre d'atomes trivalents (N, P,…)
 Les atomes bivalents (O, S,…) n'interviennent pas
dans la formule.
Exemple :
 C3H16O : I =[(2*3+2)-16]/2 = - 4 < 0
la formule n’existe pas
 C4H7Cl : I =[(2*4+2)-8]/2 = 1 ; la formule contient 1
insaturation (1 double liaison ou un cycle)
A retenir:



1 double liaison
ou
1 cycle
= 1 insaturation
 1 triple liaison = 2 insaturations
II- Ecriture des molécules organiques
La formule brute d’un composé organique (CxHyOzNt) ne
présente que peu d’intérêt.
Il existe différentes écritures qui permettent de connaître la
nature et la forme des liaisons:
 formule développée plane,
 formule semi-développée,
 simplifiée.
1) Formules développées planes
On développe toutes les liaisons et on écrit tous les atomes en
respectant la valence de chacun d'eux.
Carbone:
VC = 4
Oxygène: VO = 2
Azote:
VN = 3
Hydrogène: VH = 1
Halogène: V = 1 (X = F, Cl, Br, I)
Exemple: C3H8O
H
H
H
H
C
C
C
H
H
H
O
H
2) Formules semi-développées planes
Dans le but de simplifier l'écriture:
On supprime les liaisons C-H, N-H et O-H
H3C CH2 CH2 OH
Remarque:
Si on supprime toutes les liaisons, on obtient la formule
semi-développée condensée :
CH3CH2CH2OH
3) Formules simplifiées
Dans cette écriture, seule la chaîne carbonée est
représentée par une ligne brisée (en zig zag):
 Un trait symbolise une liaison C-C.
 Chaque extrémité et intersection est un carbone.
 Les hétéroatomes sont représentés (O, N, Cl, Br,…).
 Les hydrogènes liés aux hétéroatomes sont
représentés.
 Il faut respecter les angles de valence.
OH
Remarque:
CI
CIV
CIII
CII
H3C
CH3
C
H3C
CH
CH2
CH3
CI
Un atome de carbone est dit:
•Primaire (CI), s’il est lié à un seul atome de carbone
•Secondaire (CII), s’il est lié à deux atomes de carbone
•Tertiaire (CIII), s’il est lié à trois atomes de carbone
•Quaternaire (CIV), s’il est lié à quatre atomes de carbone
CH3
III- Groupements fonctionnels en chimie organique
Le remplacement d’un hydrogène, dans une molécule, par un
groupement
fonctionnel
contenant
un
ou
plusieurs
hétéroatomes définit une fonction.
Classe des
composés
Structure
générale
Groupe
fonctionnel
Alcool
R—OH
—O H
Ether
R—O—R’
—O—
R—NH2
—NH2
Amine
Classe des
composés
Aldéhyde
Structure
générale
H
R
C
Groupe
fonctionnel
—CHO
O
Cétone
Acide
carboxylique
Ester
R C R'
C
O
O
R—CO2H
—CO2H
R—CO2R’
—CO2R’
Classe des
composés
Amides
Anhydrides
R
R
C
C
Halogénures d’acyles
X = F, Cl, Br et I
R
R
O
C
O
C
C
—CONH2
NH2
O
O
Nitriles
Groupe
fonctionnel
Structure
générale
N
O
X
R
C
O
C
O
O
C
C
N
O
X
R, R' et R" sont des groupements alkyles Exemples : R = -CH3, -C2H5,
-C6H5, …
IV- Isomérie
1) Isomérie de constitution
Des isomères de constitution ont la même formule brute
mais des formules développées différentes.
Trois types d’isomérie de constitution ou de structure:
 Isomérie de chaîne,
 Isomérie de fonction,
 Isomérie de position.
a) Isomérie de chaîne
L'enchaînement des carbones (squelette) est différent:
Exemple: C4H10
CH3
CH2
CH3
CH2
CH
CH3
CH3
n-butane
isobutane
CH3
Propriétés physiques sont différentes
Propriétés chimique identiques
b) Isomérie de fonction
Des isomères de fonction ont le même squelette, mais des
fonctions chimiques différentes :
Exemple:
C2H6O
CH3CH2OH Ethanol
Propriétés physiques ≠
CH3OCH3
Propriétés chimiques ≠
Ether
L'éthanol est liquide:
Teb = 78,5°C
L'éther est gaz:
Teb = -23,6°C
c) Isomérie de position
Des isomères de position ont le même squelette, mais ils
diffèrent par la position de la fonction.
Exemple: C4H10O
CH3
CH2
CH3
CH2
CH2
CH
OH
CH2
CH3
OH
Butan-1-ol
Teb = 117,25°C
Butan-2-ol
Teb = 99,5°C
Nomenclature en Chimie Organique
Etant donnée la diversité des composés organiques les
chimistes ont adopté une nomenclature systématique basée
sur des règles qui sont établies et contrôlées par un comité
international de chimistes : IUPAC .
IUPAC: Union Internationale de Chimie Pure et Appliquée
(depuis 1965).
L'objectif de la nomenclature est de :

Attribuer à chaque molécule un nom unique.

Retrouver la structure exacte et sans ambiguïté à partir
de son nom.
Règles de nomenclature
1) Alcanes:
Les alcanes (hydrocarbures saturés) ont:
pour formule brute CnH2n+2
la terminaison "ane".
Le 1ier terme est : le méthane: CH4
Les radicaux correspondants sont obtenus par enlèvement
d'un hydrogène sur un carbone. Pour nommer un radical, il
suffit de remplacer "ane" par "yle".
Par exemple: CH3-: c’est le méthyle
Nom de
l'alcane
Radical
Formule
CH4
Méthane
Méthyle
CH3-
CH3CH3
Ethane
Éthyle
CH3CH2-
Propane
Propyle
CH3CH2CH2-
Formule
CH3CH2CH3
CH3CH2CH2CH3
Butane
Isopropyle
CH 3CHCH 3
Butyle
CH3CH2CH2CH2-
sec-Butyle
CH 3CHCH 2CH 3
Formule
Nom de
l'alcane
CH 3CHCH 3
tertiobutane tert-Butyle
CH 3
Radical
Isobutyle
CH 3(CH 2)3CH 3 n-pentane
CH3(CH2)4CH3
n-hexane
CH3(CH2)5CH3
n-heptane
CH3(CH2)6CH3
n-octane
CH3(CH2)7CH3
n-nonane
Pentyle
Formule
(CH 3)3C
CH 3CHCH 2
CH 3
CH3(CH2)3CH2—
Règle n° 1:
Chaîne principale: c’est la chaîne carbonée la plus longue.
1
1
2
2
4
3
4
3
6
5
5
6
7
Le nom de la chaîne principale est : Heptane
Règle n° 2
On numérote cette chaîne à partir de l’extrémité la plus
proche des ramifications.
La numérotation est choisie de façon à obtenir l’ensemble
de "plus bas indice".
Cet ensemble est celui qui comporte l’indice le plus bas dès
qu’apparaît la première différence.
6
7
1
2
1er ensemble d'indice : 4,5
5
3
4
4
2ème ensemble d'indice : 3,4
3
5
6
2
1
7
C'est le 2ème ensemble d'indice qui
l'emporte
Règle n° 3
Lorsque les indices de numérotation sont les mêmes dans les
deux sens, on donne l'indice le plus petit au premier nommé
(ordre alphabétique).
Règle n° 4
 On range les substituants par ordre alphabétique avant le
nom de l’hydrocarbure.
 Chaque substituant est précédé du numéro du carbone qui
le porte.
 On supprime la voyelle terminale des noms des
substituants.
Règle n° 5
S’il y’a plusieurs chaînes de même longueur, on choisit la plus
ramifiée c’est-à-dire celle qui porte le plus de ramifications.
Exemple
Avec cette chaîne on a
trois ramifications
7
6
5
2
4
7
3
4
6
5
3
2
1
Avec cette chaîne on a
deux ramifications
1
3-Ethyl-5-méthyl-4-n-propylheptane
Règle n° 6
Lorsqu'une molécule possède un même substituant qui se
répète plusieurs fois, on fait précéder le nom de ce
substituant par un préfixe multiplicatif: di, tri, tétra.
Ces préfixes multiplicatifs ne sont pas pris en compte dans
l’ordre alphabétique.
Remarque:
Pour les préfixes iso, neo, sec et tert, seuls iso et neo sont pris en
considération dans l’ordre alphabétique,.
Exemple :
8
1
7
2
6
3
5
4
4
5
3
6
7
2
1
8
•
Chaîne principale : 8 carbones Octane
•
Ensembles d'indices : 3,4,5 ou 4,5,6
l’ensemble 3,4,5 l'emporte
•
Les ramifications par ordre alphabétique :
éthyl en position 5 et diméthyl en 3 et 4
D'où le nom : 5-Ethyl-3,4-diméthyloctane
Les Cycloalcanes
Ce sont des hydrocarbures cycliques de formule générale:
CnH2n
Le nom de l'alcane est précédé du préfixe "cyclo".
Pour les composés polysubstitués:
 il faut appliquer l'ensemble du plus bas indice.
 Si l'ensemble du plus bas indice est le même dans les
deux sens, l'ordre alphabétique des substituants est
déterminant.
Exemples :
5
1
2
Méthylcyclopentane
4
3
4
3
1-Ethyl-3-méthylcyclopentane
2
5
1
3
2
1
6
4
5
Ensemble d'indices : 1,2,4
mais non 1,3,4
4-Ethyl-1,2-diméthylcyclohexane