Les atomes

Les [[atome]]s sont composés de :

Particule	Charge	Masse
Proton	\(+e = 1.60 \cdot 10^{−19} C\)	\(1,67 \cdot 10^{−27} kg\)
Neutron	\(0\)	\(1,67 \cdot 10^{−27} kg\)
Électron	\(−e\)	\(9,11 \cdot 10^{−31} kg\)

\(^A_Z X\) avec :

\(A\) nbre de nucléons (protons + neutrons).
\(Z\) numéro atomique (nombre de protons).

Si le nombre d'électrons est différence du nombre de protons alors l'atome est chargé :

Cation (opposition à anion) molécule avec une charge positive.

Valence nbre d'électrons libres n'appartenant pas à des doublets.

Hypervalence même nombre quantique principal pour partager ses électrons (par exemple : C, P, Na.)

Les électrons qui n'appartiennent pas à des doublets (case)

Valence nbre d'électrons libres n'appartenant pas à des doublets.

Hypervalence même nombre quantique principal pour partager ses électrons (par exemple : C, P, Na.)

VSEPR, la direction des orbitales

Chimie organique domaine qui s'intéresse à l'arrangement des atomes d'une molécule dans l'espace.

La VSEPR est une méthode qui permet de déterminer la structure 3D d'un atome.

AX_pE_q

Où

p : nbre d’atomes périphériques.

q : nbre de doublets libres.

Nbre de direction 𝒑 + 𝒏 =	1	2	3
Organisation 3D	Linéaire	Coudé	Triangulaire plane
VSEPR et géométrie		𝐴𝑋2	𝐴𝑋3


4	5	6
Tétraédrique	Bipyramide trigonale	Octaèdre
{width="1.1646609798775154in" height="0.9903849518810148in"}	{width="1.125in" height="0.9466983814523184in"}	{width="1.1634612860892388in" height="0.9286450131233596in"}

Hybridation des orbites atomiques

Les électrons de valence permettent aux atomes de se lier entre eux. Leurs orbitals vont se combiner pour en former une nouvelle. On peut déduire qualitativement la forme que prendra la liaison dans l'espace en calculant une combinaison de fonctions d'onde d'orbitales atomiques.

Changement d'hybridation

Il existe un cas particulier où un atome change de structure VSEPR pour augmenter la stabilité de la molécule. Cela concerne les atomes

sp3
Qui possède un doublet non liant

Et qui sont dans la situation suivante (𝑛 𝜎 𝜋) c'est-à-dire liés à un atome par une liaison simple et l'atome est lui-même lié par une liaison double.

L'atome passe alors de \({sp}^{3} \rightarrow {sp}^{2}\) et le doublet non liant se transforme en liaison de type 𝜋 sur la liaison simple.

Délocalisation électronique

Dans certains cas, les électrons des liaisons 𝜋 peuvent se délocaliser sur un groupe d'atomes c'est-à-dire que les électrons se mettent à passer d'un atome à un autre. C'est le cas lorsqu'il y a un enchainement de liaisons sont 𝜋 𝜎 𝜋.

Note

Les changements d'hybridation sont toujours concernés par cette situation.

Mésomérie

La mésomérie est la superposition des états électroniques de la molécule. On la représente par des tirés.

Insaturation

Le nombre d'insaturations correspond à la différence du nombre de paires d'hydrogènes entre la molécule étudiées et celle maximise le nombre d'hydrogènes.

Un cycle ou une liaison 𝜋 valent une insaturation.

Cycle aromatique

Il existe une catégorie mésomère appelés aromatiques. Ceux sont des molécules qui possèdent une partie qui respecte les propriétés suivantes :

Molécule cyclique (i.e. toutes les molécules dans le plan (\({sp}^{2}\))
(Règle de Huckel) Il existe un N tel que le nombre d'électrons conjugués = 4N+2 (par exemple : 6 = 4xN+2)

Les moments dipolaires (force)

À cause des différences d'électronégativité entre les atomes, les électrons ne se répartissent pas équitablement dans les liaisons. Les atomes très électronégatifs auront tendance attirer et à garder les électrons proches. Cette différence provoque des pôles de charge entre les atomes. On considère qu'elle n'est pas négligeable lorsque la différence d'électronégativité entre les deux atomes est supérieure à 0,5.

Cette différence de charge se propage aux atomes voisins (jusqu'à 4). Cette propagation s'appelle l'effet inductif. On dit que l'effet inductif est attracteur (par opposition à l'effet donneur) lorsque le groupement est plus électronégatif que le carbone.

On note la charge \(\delta^{+}\)ou \(\delta^{-}\).

La somme des moments est équivalent à une force que l'on représente par une flèche orientée vers de la partie chargée négativement vers cellechargée positivement.

Note

Les dipôles sont à l'origine des liaisons d'hydrogènes.

Acide et base

Un acide est une molécule qui capable de :

De Lewis Tendance à céder un proton.
De Brönsted Capter un capter des électrons.

Note

C'est deux définitions sont équivalentes.

Une base est une molécules avec un doublet libre qui peut se lier à un proton (H^+^).

Les interactions intermoléculaires

Des forces contradictoires agissent simultanément entre les molécules :

de Pauli (orbitale) : lorsque deux molécules se rapprochent, il apparaît une force répulsive liée au recouvrement de ces orbitales \"pleines\".
Électrostatique (charge) Il y a attraction entre le nuage électronique d\'une molécule et le noyau de l\'autre molécule. Mais les noyaux des deux molécules se repoussent, tout comme les nuages électroniques. Cela se traduit par une attraction à moyenne distance et une répulsion à courte distance.

Nomenclature et stéréochimie

On cherche la chaine carbonée qui porte :

Fonction prioritaire

Puis la chaine carbonée qui maximise :

Le plus grand nombre d'insaturations
La plus longue en nombre de carbones
Le nombre de substituants

La chaîne carbonée est soit un cycle soit une suite linéaire de carbones mais jamais les deux.

La numérotation des substituants de la chaine principale se fait en minimisant la suite des numéros des positions.

Note

Il faut compter le carbone de la fonction dans la chaine principale.

Nomenclature des hydrocarbures

Type de chaîne carbonée

Simple

-yl

-ane

Double

-ényle

-ène

Triple

-ynyle

-yne

Note

On parle d'hydrocarbure insaturé lorsqu'il y a carbone avec une double ou triple liaison.

Pour les cycles, on écrit : cyclo-

Préfixes multiplicatifs

Lorsqu'il y a plusieurs groupements du même type on utilise un préfixe multiplicatif.


2 (di-)	3 (tri-)	4 (tétra-)

Exemple : 2,3 diméthyl = en position 2 et 3 il y a un groupement méthyl.

Nombre d'atomes de carbone


1 Méth-	2 Éth-	3 Pro-	4 But-	5 Pent-


6 Hex-	7 Hept-	8 Oct-	9 Non-	10 Dec-

Cycles insaturés à connaitre

{width="4.534884076990376in" height="2.195728346456693in"}

Substituants insaturés à connaitre (5)

Radical	{width="0.7641513560804899in" height="0.3822736220472441in"}	{width="0.9245286526684164in" height="0.351661198600175in"}	{width="0.5384623797025372in" height="0.45616469816272964in"}
Noms (symbole)	Vinyl	Allyl	Phényl (ph)

Radical	{width="1.0997747156605424in" height="0.632075678040245in"}	{width="1.0094346019247593in" height="0.5329286964129484in"}
Noms	Tolyl (tol)	Benzyl (bn)

Fonction à connaitre de la plus prioritaire à la moins

Fonction	Préfixe	Suffixe
Acide carboxylique	Carboxy	Acide…oïque* (Acide …carboxylique)
Anhydrides d’acides		Anhydride R-oïque R’-oïque
Esters	Alkoxycarbonyl	R-oate de R’-yle* (R-carboxylate de R’-yle)
Halogénures d’acyle	Halogénocarbonyl	« Halogén »ure de …oyle* (Halogénure de carbonyle)
Amides	Carbamoyl	…amide* (carboxamide)
Nitrites	cyano	…nitrile* (carbonitrile)
Aldéhydes	Formyl	…al* (carbaldéhyde)
Cétones	Oxo	…one*
Alcools/phénols	Hydroxyl	…ol
Thiols	Sulfanyl	…thiol
Amines	amino	…amine (Chaines 2aires en préfixe N-alkyl)
Éther/Époxydes	Oxy/Alkoxy	R1-oxy-R2 Plus petit groupe = alkoxy)
* l’atome de carbone est inclus dans le nom de l’hydrocarbure parent.

R > R' sauf s'il y a un ordre dans la fonction.

La position des groupes portés par les atomes d'azotes est indiquée par un N- (exemple 1 : N-méthyl ; exemple 2 : N,N diméthyl)

Fonction chimique atomes ou groupements d'atomes qui contiennent des hétéroatomes X (F, Cl, Br, I), N, O, P, S. Ils sont indiqués « nom+o »

Isomérie

Isomère deux molécules qui ont la même formule brute.

Il existe deux types d'isomère :

Constitution enchainement des atomes différents.
stéréoisomère Représentation spatiale différente

Isomère de constitution

Il existe trois types d'isomérie de constitution :

fonction
squelette
position des groupements fonctionnels

Tautomérie (isomérie de fonction) passage d'un hydrogène et apparition d'une liaison C=C.

Stéréoisomère

Deux types de stéréoisomères :

conformation Il s'agit de la même molécule mais représentée différemment à cause des rotations possibles autour des liaisons simples.
configuration Molécule différente par exemple lorsque les doubles liaisons bloquent les rotations.

Conformation

Comme il y a plusieurs conformations possibles pour une même molécule. Il est important de pouvoir déterminer celles qui sont les plus stables càd qui minimisent la répulsion électronique entre les atomes.

Pour les molécules avec des cycles, il existe deux positions :

Équatoriale
Horizontale

Les groupements les plus énergétiques se situent en positon horizontale

Configuration

Les stéréoisomères de configuration n'ont pas la même configuration spatiale. Ce sont deux molécules différentes. Pour pouvoir les distinguer lors du nommage, on utiliser des stéréodescripteurs.

Il faut pouvoir les caractériser, on a besoin de préciser :

Les liaisons doubles
Les carbones asymétriques

Les règles de Cahn Ingold Prelog (CIP) de priorité des groupes atomiques :

L'atome de numéro atomique le plus grand à la priorité.
Les liaisons multiples sont considérées comme une redondance de l'atome.

Les doubles liaisons

Stéréodescripteur : Z/E

Double liaison avec les priorités sur les groupes A et A

Pour les doubles liaisons	Pour les cycles
{width="2.3638681102362207in" height="1.6145833333333333in"}	{width="2.21875in" height="1.0118219597550306in"}
### Carbone C

Stéréoisomérie R/S

Il a deux positions spatiales différentes non superposables :

R (restus)
S (sinister)

Méthode pour déterminer le type de position spatiale :

Classer les substituants selon CIP
Projection de Newman en représentant le groupe de plus faible priorité derrière.
Si a ->b- > c alors ils sont Rectus sinon Sinister

Chirale

Lorsque deux molécules sont symétriques par rapport à un plan et qu'elles ne peuvent pas se superposer.

Une molécule peut être chirale si elle :

Un carbone asymétrique

Plusieurs C* sans plan de symétrie

De plan de symétrie

Une configuration des C* opposée

Des différences dans la configuration

Z/E ou cis/trans

Énantiomère

Deux énantiomères ont toujours :

Une configuration absolue des C* (R devient S et vice versa).
Propriétés physico-chimiques identiques (températures de fusion, d'ébullition, densité, polarité, solubilité, ...).
Pouvoirs rotatoires spécifiques de signe opposés.
Propriétés biologiques différentes (odeur, goût, activité thérapeutique, toxicité, ...).

Homochiralité une seule forme est présente chez les êtres vivants.

Diastéréoisomère

Épimère deux molécules qui ne diffèrent que par un C*.

Représentation des molécules

Exemple des différentes représentation pour le glucose : (2R,3S,4R,5R)-2,3,4,5,6-pentahydroxyhexanal

Représentation ou description	Type de formule
\(C_6H_{12}O_6\)	Brute
Représentation de tous les atomes	Développé plane
Formule développée + doublets non liant	Lewis
Squelette carboné + formule semi développé
Squelette carboné sous la forme de ligne	Topologique
	Cram
	Newman
	Fischer

Note

La représentation de Fischer est particulièrement utilisée en biochimie pour les sucres et les acides alpha aminées.

Une molécule possède au maximum \(2^n\) stéréoisomères.

Passage d'une représentation de topologique à celle de Fischer

Un personnage regarde vers la fonction la plus prioritaire. Pour lui,

« La vérité est dans les montagnes et l'inverse de la réalité dans les vallées ».

En représentation de Fisher les stéréodescripteurs sont triviaux : à droite les R et à gauche les S.