Chimie organique 1

12 ème édition.
Cours et exercices résolus.
Licence, PCEM, Pharmacie.

Cet ouvrage s'adresse aux étudiants en Licence de biologie, en médecine ou en pharmacie qui abordent la chimie organique pour la première fois.
La douzième édition de ce manuel de référence entièrement refondu, maintenant en deux volumes, conserve l'approche pédagogique qui en a fait sa réputation.
Il expose l'essentiel de ce que doit connaître un étudiant en chimie organique.
►Le cours est un excellent passage vers la biochimie car il reprend de manière claire les données fondamentales nécessaires à la compréhension et à l'interprétation des mécanismes de réactions.
►Des encadrés montrent l'impact de la chimie organique dans notre vie quotidienne: pharmacie, biotechnologies, agroalimentaire, pétrochimie...
►Des rubriques « Enrichissement » permettent à l'étudiant d'approfondir certains concepts.
►Plus de 100 exemples corrigés illustrent les concepts présentés. Des exercices supplémentaires sont proposés, dont les corrigés sont disponibles sur le site dunod.com.

Avant-propos iii

Remerciements v

Notions fondamentales
c 1 _
1.1
Structure atomique, symbolisme de l'atome et isotopes 2

1.2
Orbitales atomiques 4

1.3
Notation de Lewisd'un element donne 6

1.4
Regie de l'octet et formation des liaisons chimiques 7

1.5
Differents types de liaisons chimiques et structures
de Lewis des molecules 9

1.5.1
Liaison covalente non polaire 9

1.5.2
Liaison covalente polaire 10

1.5.3
Liaison ionique 12

1.5.4
Liaisons multiples 13

1.6
Charge formelle 14

1.6.1
Application de l'equation de la charge formelle 15

1.
7 Hybridation des orbitales atomiques 15

1.7.1
Hybridation de type Sp3 17

1.7.2
Hybridation de type Sp2 21

1.7.3
Hybridation de type sp 23

1.8
Polarite des molecules 26

1.9
Attractions interrnoleculaires 27

1.9.1
Forces de Van der Waals 27

1.9.2
Ponts hydrogene 27

1.9.3
Etat physique de la matiere et attractions interrnoleculaires 29

A.
Effet des attractions interrnoleculaires sur les points
de fusion et d' ebullition 29

B.
Effet des attractions interrnoleculaires sur la solubilite 30

Exercices supph~mentaires 32

2
Ecriture specifique de la chimie organique
2.1
Ecriture des formules structurales 37

2.2
Classification selon la charpente moleculaire 40

2.2.1
Composes acycliques 41

2.2.2
Composes carbocycliques ou homocycliques 42

2.2.3
Composes heterocycliques 42

2.3
Classification des composes organiques selon les groupements
fonctionnels 43

2.4
Nomenclature des composes organiques 48

2.4.1
Nomenclature des alcanes 49

2.4.2
Nomenclature des alcanes cycliques 56

2.4.3
Nomenclature des composes halogenes 57

2.4.4
Nomenclature des alcenes 58

2.4.5
Nomenclature des alcynes 60

2.4.6
Nomenclature des composes aromatiques 63

2.4.7
Nomenclature des ethers-oxydes 67

2.4.8
Nomenclature des alcools 69

2.4.9
Nomenclature des aldehydes 70

2.4.10
Nomenclature des cetones 72

2.4.11
Nomenclature sommai re des groupements fonctionnels etudies
en chimie organique 2 (tome 2) 74

Exercices aupplernerrtalrea 75

c 3 tsornerle 81 )
3.1
Isomeres de structure (ou de constitution) 82

3.2
Determination du degre (ou nombre) d'insaturation 83

3.3
Representation tridimensionnelle des hydrocarbures satures 86

3.3.1
Co nforma tions 86

3.3.2
Formulesenperspective,en perspectivecavaliere,
en projection de Newman et diagrammes energetiques 87

3.4
Cycloalcanes et leurs conformations 92

3.5
Stereoisomeric 97

3.5.1
Chiralite et enantiorneres 97

3.5.2
Centres stereogeniques et atome de carbone stereogenique 100

3.5.3
Configuration absolue des carbones stereogeniques

et convention R-S 103

3.5.4
Lumiere polarisee et activite optique 110

3.5.5
Proprietesdesenantiorneres 114

3.5.6
Projections de Fischer 11 6

3.5.7
Relations des composes munis de plusieurs centres stereogeniques:

enantiomeres,diastereoisorneres et composes meso 120

3.5.8
Stereochimie et reactions chimiques 125

3.5.9
Resolution d'un melange racernique 126

3.6
Isomeres geometriques 128

3.6.1
Isomeres geometriques de type cis-trans 128

3.6.2
Isomeres geometriques et la convention E-Z 130

3.7
Tableau recapitulatifdes relations isorneriques 131

Exe rcices euppternerrtatrea 133

Reactivite chimique 141 )
c 4 -""
4.1
Equation chimique et introduction aux mecanismes reactionnels 142

4.2
Quatre grandes categories de reactions en chimie organique 144

4.2.1
Reaction d'addition 144

4.2.2
Reaction d'elirnination 145

4.2.3
Reaction de substitution 145

4.2.4
Rearrangement 145

4.3
Diagrammes energetiques 147

4.3.1
Reactions simples effectuees en une seule etape 147

4.3.2
Reactions plus complexes effectuees en deux
ou plusieurs etapes 148

4.4
Interrnediaires reactionnels 151

4.4.1
Carbocations 151

4.4.2
Carbanions 152

4.4.3
Radicaux libres 152

4.5
Acides et bases de Lewis 154

4.6
Categories de reactifs 155

4.6.1
Electrophiles 156

4.6.2
Nucleophiles 156

4.6.3
Autres categories: molecules non polaires, oxydants,
reducteurs et metaux 160

4.7
Effets electroniques 162

4.7.1
Effet inductif 162

4.7.2
Impacts concrets de l'effet inductif 163

4.7.3
Facteurs influant sur l'effet inductif 166

4.7.4
Effet mesomere (resonance) 169

Exercices supplementaires 183

Spectroscopie 187 )
c 5 ___

5.1
Grands principes de la spectroscopie 188

5.2
Spectroscopie infrarouge 190

Exercices eupplernerrtairea 197

c 6
Alcanes 201___)

6.1
Structure des alcanes 202

6.2
Sources d'alcanes 204

6.3
Proprietes physiques des alcanes et attractions interrnoleculaires 205

6.4
Reactions des alcanes 209

6.4.1
Oxydation et combustion; alcanes en tant que combustibles 209

6.4.2
Halogenation radicalaire des alcanes 212

Exercices supplementaires 223

Alcemes et alcynes 227 )
c 7 ___
7.1
Definitions et classification 228

7.2
Caracteristiques de la liaison double 229

7.3
Reactions chimiques des alcenes 230

7.3.1
Reactions d' addition sur les alcenes 231

7.3.2
Addition radicalaire et polymeres 250

7.3.3
Oxydation des alcenes 253

7.4
Caracteristiques de la liaison triple 259

7.5
Reactions chimiques des alcynes 260

7.5.1
Reactions d' addition electrophile des alcynes 260

7.5.2
Oxydation des alcynes 263

7.5.3
Acidite des alcynes et elongation de la chaine de carbones 264

Exercices supplementaires 267

c 8
Composes aromatiques 273___)
8.1
Aromaticite 274

8.2
Quelques observations sur le benzene 275

8.2.1
Symboles du benzene 275

8.2.2
Reactivite du benzene 275

8.3
Substitution electrophile arornatique 277

8.3.1
Mecanisme general de la substitution
electrophile aromatique 277

8.3.2
Halogenation (chloration et bromation) 280

8.3.3
Nitration 280

8.3.4
Sulfonation 281

8.3.5
Alkylation et acylation 282

8.4
Substituants activants et desactivants 285

8.5
Groupes orienteurs en ortho et para, et groupes orienteurs en meta 286

8.5.1
Groupes orienteurs en ortho et para 288

8.5.2
Groupes orienteurs en meta 290

8.5.3
Particularite des substitutions electrophiles
aromatiques des halogenes 291

8.6
Importance des effets orienteurs en synthese organique 292

8.7
Hydrocarbures polycycliques aromatiques 294

Exercices auppternentatres 300

Composes halogenes 305 )
c 9 ___
9.1
Proprietes physiques et reactivite generale 306

9.2
Substitution nucleophile (SN) 308

9.2.1
Mecanisme d'une substitution nucleophile d'ordre 2, SN2 312

9.2.2
Mecanisme d'une substitution nucleophile d'ordre I, SNI 316

9.2.3
Comparaison entre les mecanisrnes SN 1 et SN2 319

9.3
Deshydrohalogenation (reaction d'elimination)
et mecanismes E2 et EI 321

9.3.1
Mecanisme d'elirnination d'ordre 2 (E2) 322

9.3.2
Mecanisme d'elimination d'ordre I (E1) 325

9.3.3
Competition entre les reactions de substitution
et d'elimination 328

9.4
Autres reactions possibles apartir des composes halogenes 331

9.5
Composes organometalliques: les organomagnesiens (reactifs de Grignard)
et les organolithiens 332

9.6
Composes polyhalogenes et applications 339

Exercices aupptementatres 343

Alcools, phenols et thiols 353 )
c10 _
10.1
Classification des alcools 354

10.2
Caracteristiques des alcools et des phenols 355

10.2.1
Attractions interrnoleculaires de type pont hydrogene 355

10.2.2
Acidite des alcools et des phenols 356

10.2.3
Basicite des alcools et des phenols 360

10.3
Reactivite des alcools 360

10.3.1
Deshydratation des alcools en alcenes 360

10.3.2
Formation de composes halogenes apartir des alcools 363

10.3.3
Oxydation des alcools en aldehydes, en cetones
et en acides carboxyliques 366

10.4
Alcools munis de plusieurs groupes hydroxyle 370

10.5
Comparaison entre les alcools et les phenols 371

10.6
Reactivite des phenols 372

10.6.1
Substitution electrophile aromatique des phenols 372

10.6.2
Oxydation des phenols 373

10.7
Role antioxydant des phenols 375

10.8
Thiols et thiophenols, analogues sulfures des alcools et des phenols 376

Exercices supph?imentaires 379

Ethers et epoxydee 385 )c 11 _ 11.1 Pro pr ietes ph ysiqu es des ethers 386

11.2
Ethers en tant qu e solvants 387

11.3
Preparation desethers 389

11.3.1
Preparation desethers syrnetriques 389

11.3.2
Preparation des ethers asyrnetriques 390

11.4
Reactivite des eth ers 393

11.5
Epoxydes (oxiranes) 395

11.5.1
Preparation des epoxydes 395

11.5.2
Reactivite des epoxydes 396

11.6
Ethers cycliques 400

Exercices sopprernentarres 403

Survol des principaux groupements fonctionnels utiles a la biochimie et a la biologie 407

12

12.1
Aldehydes et cetones 408

12.1.1
Proprietes physiques des aldehydes et des cetones 408

12.1.2
Preparation des aldehydes et des cetones 409

12.1.3
Reactivite des aldehydes et des cetones 411

12.2
Glucides 416

12.2.1
Definitionset classification 416

12.2.2
Monosaccharides 417

12.2.3
Oligosaccharides et polysaccharides 420

12.3
Acides carboxyliques et ses derives 422

12.3.1
Proprietes physiques des acides carboxyliques 422

12.3.2
Acidite des acides carboxyliques et formation
de sels de carboxylate 423

12.3.3
Preparation des acides carboxyliques 424

12.3.4
Derivesd'acidescarboxyliques 425

12.3.5
Reactivite des acides carboxyliques et de ses derives 426

12.4
Lipides et detergents 429

12.5
Amines 434

12.5.1
Proprietes physiques des amines 434

12.5.2
Preparation des amines 435

12.5.3
Reactivite des amines 436

12.6
Acides arnines et proteines 436

12.6.1
Acides arnines naturels 436

12.6.2
Peptides,liaisonspeptidiquesetliaisonsdisulfure 439

12.6.3
Proteines 440

Exercices supplementaires 443


c Annexes 447_)
c Source des photos _450 )
c Index 451_)