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Chapitre 2 : Composés et fonctions organiques 
Marine PEUCHMAUR 
Année universitaire 2011/2012 
Université Joseph Fourier de Grenoble -Tous droits réservés. 
UE1 : Chimie –Chimie Organique
1.Les hydrocarbures 
2.Les fonctions organiques
1. Les hydrocarbures 
1.1. Les alcanes 
1.2. Les alcènes 
1.3. Les alcynes 
1.4. Les composés aromatiques 
Les hydrocarbures ne sont composés que d’atomes de carbone et d’hydrogène
1.1. Les alcanes 
pentane 
méthylbutane diméthylpropane 
Alcane linéaire Alcanes ramifiés 
Chaînes 
principales 
Ramifications 
Carbone quaternaire (relié à 4 C) 
Carbone tertiaire (relié à 3 C) 
Carbone secondaire (relié à 2 C) 
Carbone primaire (relié à 1 C) 
Les alcanes sont des composés saturés. 
Leur formule brute est du type CnH(2n+2). 
C 
sp3 
: atome de C ou H 
Exemples : 
A. Les alcanes acycliques
1.1. Les alcanes (suite) 
C6H14 
C6H14 
C6H12 
C6H12 
C6H12 
5 doublets liants C-C 
5 doublets liants C-C 
6 doublets liants C-C 
6 doublets liants C-C 
6 doublets liants C-C 
1 doublet liant C-C 
supplémentaire 
Composés 
saturés 
2 atomes 
d’hydrogène 
en moins 
Le nombre d’insaturations correspond au nombre de doublets σ ou π – hormis les 
liaisons C-H – que comporte l’hydrocarbure étudié, en plus par rapport à son homologue 
alcane. A chaque insaturation correspond un manque de 2 atomes d’hydrogène. 
 1 insaturation 
Les cycloalcanes sont des composés insaturés. 
Leur formule brute est du type CnH(2n+2). 
hexane 
2-méthylpentane 
alcanes 
cyclohexane 
méthylcyclopentane 
1,2-diméthylcyclobutane 
cycloalcanes 
B. Les cycloalcanes
1.2. Les alcènes 
(ou oléfines) 
sp2 
Les alcènes sont des composés insaturés (double liaison). 
Leur formule brute est du type CnH2n. 
LC=C < LC–C et EC=C > EC–C 
Géométrie trigonale autour des C 
hybridés sp2 de la double liaison 
Pas de rotation autour de la 
double liaison C=C 
Liaison C=C plus difficile à casser 
totalement que liaison C–C 
EπC=C < EσC–C 
Les électrons π sont plus mobiles et plus 
polarisables que les électrons σ : ce sont 
eux qui vont conférer ses propriétés 
chimiques à la molécule 
Remarque : les cycloalcanes possèdent la même formule brute 
 Si recouvrement axial des orbitales atomiques : 
orbitales moléculaires formées notées σ. 
 Si recouvrement latéral des orbitales atomiques : 
orbitales moléculaires formées notées π. 
Rappel : le recouvrement latéral des orbitales π est plus faible que le recouvrement de type σ.
1.2. Les alcènes (suite) 
Exemples : 
propène 
cyclohexène cyclopenta-1,3-diène limonène 
(citron, menthe, pin) 
OH 
Vitamine A (rétinol) 
β-carotène 
NO2 
Phéromone de défense des termites 
H3C CH3 éthane C2H6 
saturé 
H2C CH2 éthène (ou éthylène) C2H4 1 insaturation 
(2 atomes H en moins)
1.3. Les alcynes 
sp 
Exemples : 
H3C CH3 éthane C2H6 
saturé 
H2C CH2 éthène (ou éthylène) C2H4 1 insaturation 
Hex-1-yne 
HC CH éthyne (ou acétylène) C2H2 
2 insaturations 
(4 atomes H en moins) 
Hex-2-yne 
Alcyne terminal = alcyne vrai 
(H lié à la triple liaison acide) 
Alcyne interne 
Les alcynes sont des composés insaturés (triple liaison). 
Leur formule brute est du type CnH2n-2. 
OH HN 
OH 
O 
O OH 
O 
COOH 
OCH3 
Dynémycine A 
(fermentation Micromonospora chersina) 
ènediyne
1.3. Les composés aromatiques 
sp2 
Les aromatiques sont des composés insaturés 
(cycle + doubles liaisons). 
A. Le benzène et ses dérivés 
Structures de Kekulé du benzène 
 Les 6 liaisons carbone-carbone 
sont identiques (l = 1,39 Å) 
 Les 6 liaisons carbone-hydrogène 
sont identiques ( l = 1,09 Å) 
Représentation du 
benzène sous forme 
d’une structure unique 
Exemples : 
Nombre d’insaturations 
Hydrocarbure saturé (alcane) : CnH(2n+2) C6H14 
 8 atomes H en moins 
 4 insaturations (1 cycle + 3 doublets π) 
C6H6 
Toluène 
(méthylbenzène) 
OH 
Phénol 
(benzénol) 
CHO 
Benzaldéhyde 
(benzène-carbaldéhyde) 
NO2 
Nitrobenzène
1.3. Les composés aromatiques 
B. Position des substituants sur le benzène 
X ortho 
par rapport à X 
méta 
par rapport à X 
para 
par rapport à X 
méta 
ortho 
Exemples : 
C. Autres composés aromatiques 
Un composé sera aromatique si : 
 cycle plan avec recouvrement latéral des OM voisines 
 4n + 2 (n entier ≥ 0) électrons délocalisés (doublets π ou doublets non liants) 
Exemples : 
Règles de Hückel 
14-Annulène 
Cyclooctatétraène 
Cyclobutadiène 
Cation 
cyclopropényle Cation 
cycloheptatriényle 
Anion 
cyclopentadiényle 
OH 
p-hydroxytoluène 
4-hydroxytoluene 
1 
2 
3 
4 
Br 
Br 
m-dibromobenzène 
1,3-dibromobenzène 
1 
2 
3 
NO2 
Cl 
o-chloronitrobenzène 
2-chloronitrobenzène 
1 
2 
Non aromatiques Aromatiques
2. Les fonctions organiques 
2.1. Quelques fonctions organiques en biochimie2.2. Les fonctions organiques halogénées2.3. Les fonctions organiques oxygénées2.4. Les fonctions organiques azotées2.5. Autres hétéroatomes
2.1. Quelques fonctions organiques en biochimie 
Les fonctions organiques ou groupements fonctionnels sont liés à la 
présence d’hétéroatomes (oxygène, soufre, azote, phosphore…). 
palmitoyloleylphosphatidylcholine 
O 
P 
O 
O 
O 
N 
O 
O 
O 
O 
O 
OH 
O 
HO 
Prostaglandine A1 
Lipides 
H2N 
OH 
O 
S 
H2N 
OH 
O 
OH 
L-méthionine 
L-tyrosine 
Acides aminés - Peptides 
O 
OH 
HO 
N 
N 
NH2 
O 
N 
N 
N 
N 
NH2 
O 
OH OH 
O P O 
O 
O 
Désoxyribonucléoside 
(désoxycytidine) 
Nucléotide 
(Adénosine monophosphate - AMP) 
Acides Nucléiques 
O 
OH 
HO O 
OH 
OH 
O 
HO 
OH 
OH 
OH 
Lactose 
(Disaccharide) 
β-D-galactose 
α/β-D-glucose 
Glucides
2.2. Les fonctions organiques halogénées 
C X 
Les halogénoalcanes (ou halogénures d’alkyle) sont des 
alcanes dont un ou plusieurs atomes H ont été remplacés 
par un halogène noté X (X = F, Cl, Br ou I). 
A. Propriétés de la liaison C–X 
Longueur de liaison : C–F < C–Cl < C–Br < C–I 
Eléctronégativité : C << I < Br < Cl < F 
Liaison C–X polarisée : 
Polarisabilité : F < Cl < Br < I 
Force de liaison : C–F > C–Cl > C–Br > C–I 
Réactivité relative : C–F < C–Cl < C–Br < C–I 
C X 
δ+ δ– 
Remarque : Conséquences sur les propriétés physiques 
Halogénoalcanes = composés polaires → plus de forces intermoléculaires (dipôle-dipôle) que dans 
leurs homologues alcanes non polaires → températures de changement d’état élevées. 
A température ambiante, CH3CH3 : gaz, CH3CH2Cl : gaz, par contre CH3CH2Br et CH3CH2I : liquides.
2.2. Les fonctions organiques halogénées 
B. Exemples d’halogénoalcanes 
H3C I 
iodométhane 
CHCl3 
trichlorométhane 
(chloroforme) 
Cl 
Br Cl 
Cl 
Br 
Halomon 
F 
Cl 
F 
F 
Cl 
Cl 
Trichlorotrifluoroéthane 
CFC-113 
F 
F 
F 
F 
* * 
n 
Polytétrafluoroéthène (PTFE) 
Téflon 
Cl 
* 
Cl 
* 
n 
n 
Chlorure 
de vinyle PVC
2.3. Les fonctions organiques oxygénées 
A. La liaison simple C–O 
Trois grandes classes de composés possèdent des liaisons simples C–O : les 
alcools, les phénols et les étheroxydes. Ces composés peuvent être considérés 
comme des dérivés de l’eau dans laquelle un ou deux atomes H ont été substitués. 
O 
H H 
O 
H3C CH3 
O 
H3C H 
O 
H 
méthoxyméthane 
étheroxyde 
phénol 
phénol 
méthanol 
alcool 
Oxygène hybridé sp3 
(géométrie tétraèdrique) 
A.1. Les alcools 
C OH 
Alcools = hydrocarbures dont un atome H a été 
remplacé par un groupement hydroxyle (–OH). 
Atome de C devant être hybridé sp3
2.3. Les fonctions organiques oxygénées 
A.1. Les alcools (suite) 
Bien que fortes, les liaisons C–O et O–H seront 
très réactives (polarité + doublets non liants de 
l’oxygène). 
 Les liaisons C–O et O–H sont polarisées (électronégativité : C,H < O). 
C O 
H 
δ+ δ– 
δ'– 
δ'+ 
Propriétés des alcools 
 Les alcools jouent le rôle d’acides dans les couples ROH / RO- (RO- : alcoolate, R : 
groupement alkyle). Ce sont des acides indifférents dans l’eau (pKa > 14). 
 Les alcools peuvent également agir en tant que bases dans les couples ROH2 
+ / ROH. 
Ce sont des bases indifférentes dans l’eau (pKa < 0). 
H3C 
C 
OH 
H CH3 3C 
propan-2-ol 
isopropanol 
H3C 
OH 
H3C 
H2 
C 
OH 
H3C 
CH 
OH 
CH3 
méthanol 
éthanol 
méthylpropan-2-ol 
tertiobutanol 
Alcool primaire 
Alcool secondaire 
Alcool tertiaire 
H3O+ 0 
14 
H2O 
H2O HO– 
pKa 
ROH2 
+ ROH 
ROH RO– 
Classement des alcools
2.3. Les fonctions organiques oxygénées 
A.1. Les alcools (suite) 
Exemples : 
Production d’éthanol par fermentation 
levure 
H3C C 
O 
C 
O 
O 
-CO2 
H3C C 
O 
H 
éthanal 
CH3CH2OH 
éthanol 
réduction 
décarboxylation 
glucose anion 2-oxopropanoate 
(pyruvate) 
2 
2 2 
C6H12O6 
OH 
menthol 
HO 
Vitamine D3 
HO 
Cholestérol 
OH 
prop-2-èn-1-ol 
OH 
Attention propèn-2-ol 
il ne s’agit 
pas d’un 
alcool (énol) 
sp2
2.3. Les fonctions organiques oxygénées 
A.2. Les phénols 
Ar O 
H Phénols = composés aromatiques (Ar) portant un 
groupement hydroxyle –OH (si plusieurs –OH : polyphénols). 
O 
 Les phénols sont plus acides que les alcools (stabilisation de l’ion phénolate 
par mésomérie). 
OH O 
Couple acidobasique : 
Formes mésomères de l’ion phénolate 
Hybride de 
résonance 
Base conjuguée du phénol stabilisée acidité plus importante du phénol 
O O O O
2.3. Les fonctions organiques oxygénées 
A.2. Les phénols (suite) 
Exemples : 
HO 
OH 
Estradiol 
HO 
O 
HN 
O 
(E)-Capsaïcine 
(E)-8-méthyl-N-vanilly-trans-6-nonenamide 
OH 
HO 
OH 
trans-resvératrol 
(raisin) 
OH 
O2N NO2 
NO2 
Acide picrique 
2,4,6-trinitrophénol 
HO 
HO 
HN 
OH 
Adrénaline ou épinéphrine 
(R)-4-(1-hydroxy-2-(méthylamino)éthylbenzène-1,2-diol) 
COOH 
OH 
COOH 
O 
O 
acide salicylique 
acide ortho-hydroxybenzoïque 
Aspirine
2.3. Les fonctions organiques oxygénées 
A.3. Les étheroxydes 
C O 
C Ethéroxydes (ou éthers) : propriétés proches des 
alcools (présence doublets libres de l’atome O). 
Atomes de C devant être hybridés sp3 
Exemples : 
O 
oxacyclopentane 
tétrahydrofurane (THF) 
O 
éthoxyéthane 
éther diéthylique 
O 
O 
O 
O 
O 
O 
K 
éthers couronnes 
18C6 
Charles J. Pederson, Jean-Marie Lehn, 
Donald J. Cram : Prix Nobel de chimie en 
1987 pour leurs travaux sur les molécules 
dont la structure permet des intéractions 
spécifiques avec une haute sélectivité 
(reconnaissance moléculaire).
2.3. Les fonctions organiques oxygénées 
A.4. Autres fonctions comprenant une liaison simple C–O 
Ar O 
H 
C O 
C 
C OH 
C OH 
HO 
C OH 
O 
R 
C O 
O 
R 
R' 
Rappel 
Hydrate Hémiacétal Acétal 
Ne surtout pas confondre ces fonctions avec des alcools ou étheroxydes!! 
Exemples : 
R, R’ = chaînes carbonées 
hydrate 
hémiacétal 
acétal 
Cl3C 
O 
H 
H2O 
Cl3C CH 
OH 
OH 
Chloral 
trichloroacétaldéhyde 
Chloral hydrate 
2,2,2-trichloroéthane-1,1-diol 
O 
HO 
HO 
OH 
HO 
OH 
α-D-glucopyranose 
O 
O 
O 
OH 
12 
Aculéatine
2.3. Les fonctions organiques oxygénées 
B. La liaison double C=O 
O 
Y 
X 
Atomes O et C hybridés sp2 
Formule générale des carbonyles (C=O). 
Dans cette famille, différentes fonctions existent 
suivant la nature des groupements X et Y. 
Exemples : 
O 
H 
R 
aldéhyde 
R = H ou chaîne carbonée 
O 
R' 
R 
cétone 
R, R’ = chaînes carbonées 
O 
H 
OH 
OH 
OH 
OH 
OH 
hexose 
H O 
11-cis-rétinal 
H 
O 
benzaldéhyde 
O 
H 
H 
méthanal 
formaldéhyde 
O 
camphre 
O 
damascénone 
O 
cis-jasmone
2.3. Les fonctions organiques oxygénées 
B. La liaison double C=O (suite) 
O 
HO 
R 
O 
Cl 
R 
O 
R'O 
R 
O 
O 
R 
R' 
O 
O 
R'S 
R 
Acide 
carboxylique 
Ester Chlorure d’acyle 
(chlorure d’acide) 
Anhydride 
d’acide 
Thioester 
‘Thio’ : 
présence 
de soufre 
O 
N 
R 
R'' 
R' 
Amide 
Exemples : 
R, R’ = chaînes carbonées 
R’, R’’ = H ou chaînes carbonées 
Lactame (amide intracyclique) 
Lactone (ester intracyclique) 
N 
S 
CO2H 
O 
HN 
O 
Pénicilline G 
acide 
amide N 
N 
N 
N 
NH3 
O 
O 
O P 
O-OH 
O 
P 
O 
O 
P 
O 
O 
NH 
OH 
OH OH 
OH 
O 
O NH 
S 
O Acétyl co-enzyme A 
amide 
amide 
thioester 
O 
OH 
Ibuprofène 
acide N 
COOH 
Acide nicotinique 
acide 
CH3 
CH2 C 
COOCH3 n 
Poly(méthacrylate de méthyle) 
PMMA (plexiglas) 
ester 
O 
O 
acétate d’isopentyle 
(arome de banane) 
ester 
Liaison 
peptidique
R3N H O 
H 
2.3. Les fonctions organiques azotées 
A. La liaison simple C–N : la fonction amine 
Amines = dérivés de l’ammoniac dont un ou plusieurs 
H sont remplacés par des chaînes carbonées. 
Atome N devant être hybridé sp3 
C N 
R 
R' 
R, R’ = H ou chaînes carbonées 
 Les liaisons C–N et N–H sont polarisées (électronégativité : C,H < N) + doublet libre sur N. 
δ– δ+ 
δ– δ+ 
Propriétés des amines 
 Les amines sont basiques (doublet libre sur N). 
O H NR2 
H 
H 
R3N H OH R3N H OH 
amine cation 
ammonium 
Basicité croissante des amines 
NH3 CH3NH2 (CH3)2NH 
N 
R 
R'' 
R' 
Effets inductifs donneurs 
des chaînes carbonées
2.3. Les fonctions organiques azotées 
A. La liaison simple C–N : la fonction amine (suite) 
Classement des amines 
Amine primaire 
Amine secondaire 
Amine tertiaire 
N 
R 
H 
H 
N 
R 
R' 
H 
N 
R 
R' 
R'' 
N 
R''' 
R 
R' 
R'' 
Sel d’ammonium 
quaternaire 
Remarque : ce n’est pas la même 
définition que pour les alcools (on prenait 
en compte le C portant l’hydroxyle, ici c’est 
directement le N). 
Exemples : 
N 
OH 
choline 
NH2 
amphétamine 
Amine I 
N 
O 
OH 
O 
HN 
O 
O 
Quinapril 
(Accupril®) 
Amine II 
N 
N 
nicotine 
Amine III 
N 
OH 
N 
O 
quinine 
Amine III 
O 
N 
méthadone 
Amine III 
Amide 
pyrrolidine 
quinoléine 
pyridine
2.3. Les fonctions organiques azotées 
B. La liaison double C=N : la fonction imine 
C N 
R'' 
R' R 
Imines 
Si R = alkyl ou aryl, on peut parler de bases de Schiff (imines stables). 
Atomes de C et N devant être hybridés sp2 
Exemples : 
R, R’ , R’’ = H ou chaînes carbonées 
N 
polyzonimine 
O 
N 
H 
Cl 
O 
N 
H 
Cl 
N-(3-chlorophényl)-2-hydroxy-1-naphthaldimine 
énolimino cétoamino 
Propriétés photochromiques et thermochromiques à l’état solide 
Tautomérie : réaction chimique réversible 
faisant intervenir le déplacement concomitant 
d’un atome d’hydrogène et d’une liaison π 
(proportion des tautomères dépend du pH, du 
solvant, de la température). 
Tautomérie 
énol- céto- 
-imino -amino
2.4. Autres hétéroatomes 
A. Le soufre 
Soufre hybridé sp3 
(géométrie tétraédrique) 
S 
H 
R 
Thiol 
(mercaptan) 
S 
R' 
R 
Thioéther 
S 
H 
Ar 
Thiophénol 
S 
S R' 
R 
Disulfure 
Exemples : 
HS OH 
O 
NH2 
Cystéine 
acide (R)-2-amino- 
3-sulfanylpropanoïque 
S 
Allylméthyl thioéther 
3-(méthylsulfanyl)prop-1-ène 
HN 
OH 
O 
O 
NH 
SH 
O 
NH2 
HO 
O 
glutathion 
O 
OH 
S 
S 
Acide lipoïque 
S 
S 
H2N COOH 
H2N COOH 
Cystine 
SH 
3-méthylbut-2-ène-1-thiol 
(jet de moufette) 
O 
OH 
NH2 
S 
méthionine 
HS 2-(4-méthylcyclohex- 
3-ènyl)propane-2-thiol 
(pamplemousse)
2.4. Autres hétéroatomes 
B. Le phosphore 
Ion phosphate : PO4 
3- 
H3PO4 
Acide phosphorique Ion dihydrogénophosphate Ion hydrogénophosphate Ion phosphate 
H2PO4 
- HPO4 
2- PO4 
+ H + H 3- + H 
 propriétés acido-basiques 
 formules mésomères 
pKa1 = 2,1 pKa2 = 7,2 pKa3 = 12 
HO 
P 
O 
OH 
OH 
O 
P 
O 
OH 
OH 
O 
P 
O 
O 
OH 
O 
P 
O 
O 
O 
O 
P 
O 
O 
O 
O 
P 
O 
O 
O 
O 
P 
O 
O 
O 
O 
P 
O 
O 
O
2.4. Autres hétéroatomes 
B. Le phosphore (suite) 
Phosphoester 
 monophosphate 
O 
P 
O 
O 
O 
R 
 diphosphate 
O 
P 
O 
O 
P O 
O 
O 
O 
R 
 triphosphate 
O 
P 
O 
O 
P O 
O 
O 
O 
R 
P 
O 
O 
O 
Phosphodiester 
R 
O 
P 
O 
O 
O R' 
Phosphotriester 
R 
O 
P 
O 
O 
O R' 
R'' 
Acylphosphate 
O 
P 
O 
O 
O 
O 
R
CQFR 
1.Les hydrocarbures 
2.Les fonctions organiques 
Savoir identifier et nommer les fonctions organiques citées dans le cours. 
Savoir reconnaître un alcane, alcène, alcyne ou aromatique. 
Connaître les caractéristiques liées à ces familles de composé (insaturations, position particulière des substituants sur un cycle dérivé du benzène).
1) Parmi ces composés, lesquels sont aromatiques 
(pensez éventuellement à prendre en compte les 
doublets non liants)? 
2) Déterminez le nombre d’insaturations portées par les 
composés suivants : 
3) Soit un cycle benzénique avec deux substituants –CH3 
en position 1 et 3. S’agit-il du para-diméthylbenzène, de 
l’ortho-diméthybenzène ou du méta-diméthylbenzène? 
4) Donnez la formule brute des 7 molécules représentées 
ci-dessus. 
Exercices d’application 
O 
HN 
N 
5) Identifiez et nommez les fonctions présentes sur les 
molécules ci-dessous : 
O 
Cinnamaldéhyde 
(composant principal de 
l’essence de cannelle) 
H 
O 
O 
O 
HO O 
Mévastatine 
(métabolite fongique inhibant 
l’enzyme qui contrôle la 
biosynthèse du cholestérol) 
O 
O O 
HO 
OH 
O 
N 
S 
Epothilone A 
(produit bactérien naturel 
possédant une activité 
anticancéreuse plus puissante que 
celle du taxol) 
HO 
NH 
NH2 
Sérotonine 
(neuromodulateur du système 
nerveux central)
Correction des exercices d’application 
Exercice 1 : 
5 doubles liaisons 10 électrons π 
Il existe une valeur entière de n pour 4n+2 = 10 (n = 2) 
Aromatique = 4n + 2 électrons délocalisés (on ne vérifie que la 2ème règle de Hückel) 
Aromatique 
6 électrons π 
Aromatique 
6 électrons délocalisés 
(2 doublets π + 1 doublet non liant) 
Aromatique 
6 électrons délocalisés 
(2 doublets π + 1 doublet non liant) 
Pour n = 1, 4x1+2=6 
Aromatique 
Exercice 2 : 
1 cycle + 
1 liaison double = 
2 insaturations 
1 cycle + 
1 liaison triple = 
3 insaturations 
2 cycles + 
3 liaisons double = 
5 insaturations 
Exercice 3 : 1 
3 
ortho 
para 
méta 
N 
2 doubles liaisons 4 électrons π 
Il n’existe pas de valeur entière de n pour 4n+2 = 4 
Non aromatique 
HN 
O 
Aromaticité = très favorable en terme de stabilité, on ne prend en compte les doublets non liants des 
hétéroatomes que s’ils nous permettent d’atteindre cet état favorable. 
Conclusion que l’on peut tirer de ce 
que nous avons vu dans ce chapitre : 
- Une double liaison = 1 insaturation 
- Une triple liaison = 2 insaturations 
- Un cycle = 1 insaturation
Correction des exercices d’application (2) 
Exercice 4 : 
Exercice 5 : 
O 
HN 
N 
C4H4O C4H5N C5H5N C10H8 C6H10 C11H18 
C12H16 
Alcane : CnH2n+2 (on peut retrouver le nombre d’insaturations) 
C6H8 
H 
O 
O 
O 
HO O 
O 
O O 
HO 
OH 
O 
N 
S 
O 
HO 
NH 
NH2 
Sérotonine 
Cinnamaldéhyde 
Epothilone A 
Mévastatine 
aldéhyde 
étheroxyde 
lactone (ester cyclique) 
alcool 
cétone 
lactone 
(ester cyclique) 
alcool 
ester 
amine
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Peuchmaur marine chapitre 02 chimie organique

  • 1. Chapitre 2 : Composés et fonctions organiques Marine PEUCHMAUR Année universitaire 2011/2012 Université Joseph Fourier de Grenoble -Tous droits réservés. UE1 : Chimie –Chimie Organique
  • 2. 1.Les hydrocarbures 2.Les fonctions organiques
  • 3. 1. Les hydrocarbures 1.1. Les alcanes 1.2. Les alcènes 1.3. Les alcynes 1.4. Les composés aromatiques Les hydrocarbures ne sont composés que d’atomes de carbone et d’hydrogène
  • 4. 1.1. Les alcanes pentane méthylbutane diméthylpropane Alcane linéaire Alcanes ramifiés Chaînes principales Ramifications Carbone quaternaire (relié à 4 C) Carbone tertiaire (relié à 3 C) Carbone secondaire (relié à 2 C) Carbone primaire (relié à 1 C) Les alcanes sont des composés saturés. Leur formule brute est du type CnH(2n+2). C sp3 : atome de C ou H Exemples : A. Les alcanes acycliques
  • 5. 1.1. Les alcanes (suite) C6H14 C6H14 C6H12 C6H12 C6H12 5 doublets liants C-C 5 doublets liants C-C 6 doublets liants C-C 6 doublets liants C-C 6 doublets liants C-C 1 doublet liant C-C supplémentaire Composés saturés 2 atomes d’hydrogène en moins Le nombre d’insaturations correspond au nombre de doublets σ ou π – hormis les liaisons C-H – que comporte l’hydrocarbure étudié, en plus par rapport à son homologue alcane. A chaque insaturation correspond un manque de 2 atomes d’hydrogène.  1 insaturation Les cycloalcanes sont des composés insaturés. Leur formule brute est du type CnH(2n+2). hexane 2-méthylpentane alcanes cyclohexane méthylcyclopentane 1,2-diméthylcyclobutane cycloalcanes B. Les cycloalcanes
  • 6. 1.2. Les alcènes (ou oléfines) sp2 Les alcènes sont des composés insaturés (double liaison). Leur formule brute est du type CnH2n. LC=C < LC–C et EC=C > EC–C Géométrie trigonale autour des C hybridés sp2 de la double liaison Pas de rotation autour de la double liaison C=C Liaison C=C plus difficile à casser totalement que liaison C–C EπC=C < EσC–C Les électrons π sont plus mobiles et plus polarisables que les électrons σ : ce sont eux qui vont conférer ses propriétés chimiques à la molécule Remarque : les cycloalcanes possèdent la même formule brute  Si recouvrement axial des orbitales atomiques : orbitales moléculaires formées notées σ.  Si recouvrement latéral des orbitales atomiques : orbitales moléculaires formées notées π. Rappel : le recouvrement latéral des orbitales π est plus faible que le recouvrement de type σ.
  • 7. 1.2. Les alcènes (suite) Exemples : propène cyclohexène cyclopenta-1,3-diène limonène (citron, menthe, pin) OH Vitamine A (rétinol) β-carotène NO2 Phéromone de défense des termites H3C CH3 éthane C2H6 saturé H2C CH2 éthène (ou éthylène) C2H4 1 insaturation (2 atomes H en moins)
  • 8. 1.3. Les alcynes sp Exemples : H3C CH3 éthane C2H6 saturé H2C CH2 éthène (ou éthylène) C2H4 1 insaturation Hex-1-yne HC CH éthyne (ou acétylène) C2H2 2 insaturations (4 atomes H en moins) Hex-2-yne Alcyne terminal = alcyne vrai (H lié à la triple liaison acide) Alcyne interne Les alcynes sont des composés insaturés (triple liaison). Leur formule brute est du type CnH2n-2. OH HN OH O O OH O COOH OCH3 Dynémycine A (fermentation Micromonospora chersina) ènediyne
  • 9. 1.3. Les composés aromatiques sp2 Les aromatiques sont des composés insaturés (cycle + doubles liaisons). A. Le benzène et ses dérivés Structures de Kekulé du benzène  Les 6 liaisons carbone-carbone sont identiques (l = 1,39 Å)  Les 6 liaisons carbone-hydrogène sont identiques ( l = 1,09 Å) Représentation du benzène sous forme d’une structure unique Exemples : Nombre d’insaturations Hydrocarbure saturé (alcane) : CnH(2n+2) C6H14  8 atomes H en moins  4 insaturations (1 cycle + 3 doublets π) C6H6 Toluène (méthylbenzène) OH Phénol (benzénol) CHO Benzaldéhyde (benzène-carbaldéhyde) NO2 Nitrobenzène
  • 10. 1.3. Les composés aromatiques B. Position des substituants sur le benzène X ortho par rapport à X méta par rapport à X para par rapport à X méta ortho Exemples : C. Autres composés aromatiques Un composé sera aromatique si :  cycle plan avec recouvrement latéral des OM voisines  4n + 2 (n entier ≥ 0) électrons délocalisés (doublets π ou doublets non liants) Exemples : Règles de Hückel 14-Annulène Cyclooctatétraène Cyclobutadiène Cation cyclopropényle Cation cycloheptatriényle Anion cyclopentadiényle OH p-hydroxytoluène 4-hydroxytoluene 1 2 3 4 Br Br m-dibromobenzène 1,3-dibromobenzène 1 2 3 NO2 Cl o-chloronitrobenzène 2-chloronitrobenzène 1 2 Non aromatiques Aromatiques
  • 11. 2. Les fonctions organiques 2.1. Quelques fonctions organiques en biochimie2.2. Les fonctions organiques halogénées2.3. Les fonctions organiques oxygénées2.4. Les fonctions organiques azotées2.5. Autres hétéroatomes
  • 12. 2.1. Quelques fonctions organiques en biochimie Les fonctions organiques ou groupements fonctionnels sont liés à la présence d’hétéroatomes (oxygène, soufre, azote, phosphore…). palmitoyloleylphosphatidylcholine O P O O O N O O O O O OH O HO Prostaglandine A1 Lipides H2N OH O S H2N OH O OH L-méthionine L-tyrosine Acides aminés - Peptides O OH HO N N NH2 O N N N N NH2 O OH OH O P O O O Désoxyribonucléoside (désoxycytidine) Nucléotide (Adénosine monophosphate - AMP) Acides Nucléiques O OH HO O OH OH O HO OH OH OH Lactose (Disaccharide) β-D-galactose α/β-D-glucose Glucides
  • 13. 2.2. Les fonctions organiques halogénées C X Les halogénoalcanes (ou halogénures d’alkyle) sont des alcanes dont un ou plusieurs atomes H ont été remplacés par un halogène noté X (X = F, Cl, Br ou I). A. Propriétés de la liaison C–X Longueur de liaison : C–F < C–Cl < C–Br < C–I Eléctronégativité : C << I < Br < Cl < F Liaison C–X polarisée : Polarisabilité : F < Cl < Br < I Force de liaison : C–F > C–Cl > C–Br > C–I Réactivité relative : C–F < C–Cl < C–Br < C–I C X δ+ δ– Remarque : Conséquences sur les propriétés physiques Halogénoalcanes = composés polaires → plus de forces intermoléculaires (dipôle-dipôle) que dans leurs homologues alcanes non polaires → températures de changement d’état élevées. A température ambiante, CH3CH3 : gaz, CH3CH2Cl : gaz, par contre CH3CH2Br et CH3CH2I : liquides.
  • 14. 2.2. Les fonctions organiques halogénées B. Exemples d’halogénoalcanes H3C I iodométhane CHCl3 trichlorométhane (chloroforme) Cl Br Cl Cl Br Halomon F Cl F F Cl Cl Trichlorotrifluoroéthane CFC-113 F F F F * * n Polytétrafluoroéthène (PTFE) Téflon Cl * Cl * n n Chlorure de vinyle PVC
  • 15. 2.3. Les fonctions organiques oxygénées A. La liaison simple C–O Trois grandes classes de composés possèdent des liaisons simples C–O : les alcools, les phénols et les étheroxydes. Ces composés peuvent être considérés comme des dérivés de l’eau dans laquelle un ou deux atomes H ont été substitués. O H H O H3C CH3 O H3C H O H méthoxyméthane étheroxyde phénol phénol méthanol alcool Oxygène hybridé sp3 (géométrie tétraèdrique) A.1. Les alcools C OH Alcools = hydrocarbures dont un atome H a été remplacé par un groupement hydroxyle (–OH). Atome de C devant être hybridé sp3
  • 16. 2.3. Les fonctions organiques oxygénées A.1. Les alcools (suite) Bien que fortes, les liaisons C–O et O–H seront très réactives (polarité + doublets non liants de l’oxygène).  Les liaisons C–O et O–H sont polarisées (électronégativité : C,H < O). C O H δ+ δ– δ'– δ'+ Propriétés des alcools  Les alcools jouent le rôle d’acides dans les couples ROH / RO- (RO- : alcoolate, R : groupement alkyle). Ce sont des acides indifférents dans l’eau (pKa > 14).  Les alcools peuvent également agir en tant que bases dans les couples ROH2 + / ROH. Ce sont des bases indifférentes dans l’eau (pKa < 0). H3C C OH H CH3 3C propan-2-ol isopropanol H3C OH H3C H2 C OH H3C CH OH CH3 méthanol éthanol méthylpropan-2-ol tertiobutanol Alcool primaire Alcool secondaire Alcool tertiaire H3O+ 0 14 H2O H2O HO– pKa ROH2 + ROH ROH RO– Classement des alcools
  • 17. 2.3. Les fonctions organiques oxygénées A.1. Les alcools (suite) Exemples : Production d’éthanol par fermentation levure H3C C O C O O -CO2 H3C C O H éthanal CH3CH2OH éthanol réduction décarboxylation glucose anion 2-oxopropanoate (pyruvate) 2 2 2 C6H12O6 OH menthol HO Vitamine D3 HO Cholestérol OH prop-2-èn-1-ol OH Attention propèn-2-ol il ne s’agit pas d’un alcool (énol) sp2
  • 18. 2.3. Les fonctions organiques oxygénées A.2. Les phénols Ar O H Phénols = composés aromatiques (Ar) portant un groupement hydroxyle –OH (si plusieurs –OH : polyphénols). O  Les phénols sont plus acides que les alcools (stabilisation de l’ion phénolate par mésomérie). OH O Couple acidobasique : Formes mésomères de l’ion phénolate Hybride de résonance Base conjuguée du phénol stabilisée acidité plus importante du phénol O O O O
  • 19. 2.3. Les fonctions organiques oxygénées A.2. Les phénols (suite) Exemples : HO OH Estradiol HO O HN O (E)-Capsaïcine (E)-8-méthyl-N-vanilly-trans-6-nonenamide OH HO OH trans-resvératrol (raisin) OH O2N NO2 NO2 Acide picrique 2,4,6-trinitrophénol HO HO HN OH Adrénaline ou épinéphrine (R)-4-(1-hydroxy-2-(méthylamino)éthylbenzène-1,2-diol) COOH OH COOH O O acide salicylique acide ortho-hydroxybenzoïque Aspirine
  • 20. 2.3. Les fonctions organiques oxygénées A.3. Les étheroxydes C O C Ethéroxydes (ou éthers) : propriétés proches des alcools (présence doublets libres de l’atome O). Atomes de C devant être hybridés sp3 Exemples : O oxacyclopentane tétrahydrofurane (THF) O éthoxyéthane éther diéthylique O O O O O O K éthers couronnes 18C6 Charles J. Pederson, Jean-Marie Lehn, Donald J. Cram : Prix Nobel de chimie en 1987 pour leurs travaux sur les molécules dont la structure permet des intéractions spécifiques avec une haute sélectivité (reconnaissance moléculaire).
  • 21. 2.3. Les fonctions organiques oxygénées A.4. Autres fonctions comprenant une liaison simple C–O Ar O H C O C C OH C OH HO C OH O R C O O R R' Rappel Hydrate Hémiacétal Acétal Ne surtout pas confondre ces fonctions avec des alcools ou étheroxydes!! Exemples : R, R’ = chaînes carbonées hydrate hémiacétal acétal Cl3C O H H2O Cl3C CH OH OH Chloral trichloroacétaldéhyde Chloral hydrate 2,2,2-trichloroéthane-1,1-diol O HO HO OH HO OH α-D-glucopyranose O O O OH 12 Aculéatine
  • 22. 2.3. Les fonctions organiques oxygénées B. La liaison double C=O O Y X Atomes O et C hybridés sp2 Formule générale des carbonyles (C=O). Dans cette famille, différentes fonctions existent suivant la nature des groupements X et Y. Exemples : O H R aldéhyde R = H ou chaîne carbonée O R' R cétone R, R’ = chaînes carbonées O H OH OH OH OH OH hexose H O 11-cis-rétinal H O benzaldéhyde O H H méthanal formaldéhyde O camphre O damascénone O cis-jasmone
  • 23. 2.3. Les fonctions organiques oxygénées B. La liaison double C=O (suite) O HO R O Cl R O R'O R O O R R' O O R'S R Acide carboxylique Ester Chlorure d’acyle (chlorure d’acide) Anhydride d’acide Thioester ‘Thio’ : présence de soufre O N R R'' R' Amide Exemples : R, R’ = chaînes carbonées R’, R’’ = H ou chaînes carbonées Lactame (amide intracyclique) Lactone (ester intracyclique) N S CO2H O HN O Pénicilline G acide amide N N N N NH3 O O O P O-OH O P O O P O O NH OH OH OH OH O O NH S O Acétyl co-enzyme A amide amide thioester O OH Ibuprofène acide N COOH Acide nicotinique acide CH3 CH2 C COOCH3 n Poly(méthacrylate de méthyle) PMMA (plexiglas) ester O O acétate d’isopentyle (arome de banane) ester Liaison peptidique
  • 24. R3N H O H 2.3. Les fonctions organiques azotées A. La liaison simple C–N : la fonction amine Amines = dérivés de l’ammoniac dont un ou plusieurs H sont remplacés par des chaînes carbonées. Atome N devant être hybridé sp3 C N R R' R, R’ = H ou chaînes carbonées  Les liaisons C–N et N–H sont polarisées (électronégativité : C,H < N) + doublet libre sur N. δ– δ+ δ– δ+ Propriétés des amines  Les amines sont basiques (doublet libre sur N). O H NR2 H H R3N H OH R3N H OH amine cation ammonium Basicité croissante des amines NH3 CH3NH2 (CH3)2NH N R R'' R' Effets inductifs donneurs des chaînes carbonées
  • 25. 2.3. Les fonctions organiques azotées A. La liaison simple C–N : la fonction amine (suite) Classement des amines Amine primaire Amine secondaire Amine tertiaire N R H H N R R' H N R R' R'' N R''' R R' R'' Sel d’ammonium quaternaire Remarque : ce n’est pas la même définition que pour les alcools (on prenait en compte le C portant l’hydroxyle, ici c’est directement le N). Exemples : N OH choline NH2 amphétamine Amine I N O OH O HN O O Quinapril (Accupril®) Amine II N N nicotine Amine III N OH N O quinine Amine III O N méthadone Amine III Amide pyrrolidine quinoléine pyridine
  • 26. 2.3. Les fonctions organiques azotées B. La liaison double C=N : la fonction imine C N R'' R' R Imines Si R = alkyl ou aryl, on peut parler de bases de Schiff (imines stables). Atomes de C et N devant être hybridés sp2 Exemples : R, R’ , R’’ = H ou chaînes carbonées N polyzonimine O N H Cl O N H Cl N-(3-chlorophényl)-2-hydroxy-1-naphthaldimine énolimino cétoamino Propriétés photochromiques et thermochromiques à l’état solide Tautomérie : réaction chimique réversible faisant intervenir le déplacement concomitant d’un atome d’hydrogène et d’une liaison π (proportion des tautomères dépend du pH, du solvant, de la température). Tautomérie énol- céto- -imino -amino
  • 27. 2.4. Autres hétéroatomes A. Le soufre Soufre hybridé sp3 (géométrie tétraédrique) S H R Thiol (mercaptan) S R' R Thioéther S H Ar Thiophénol S S R' R Disulfure Exemples : HS OH O NH2 Cystéine acide (R)-2-amino- 3-sulfanylpropanoïque S Allylméthyl thioéther 3-(méthylsulfanyl)prop-1-ène HN OH O O NH SH O NH2 HO O glutathion O OH S S Acide lipoïque S S H2N COOH H2N COOH Cystine SH 3-méthylbut-2-ène-1-thiol (jet de moufette) O OH NH2 S méthionine HS 2-(4-méthylcyclohex- 3-ènyl)propane-2-thiol (pamplemousse)
  • 28. 2.4. Autres hétéroatomes B. Le phosphore Ion phosphate : PO4 3- H3PO4 Acide phosphorique Ion dihydrogénophosphate Ion hydrogénophosphate Ion phosphate H2PO4 - HPO4 2- PO4 + H + H 3- + H  propriétés acido-basiques  formules mésomères pKa1 = 2,1 pKa2 = 7,2 pKa3 = 12 HO P O OH OH O P O OH OH O P O O OH O P O O O O P O O O O P O O O O P O O O O P O O O
  • 29. 2.4. Autres hétéroatomes B. Le phosphore (suite) Phosphoester  monophosphate O P O O O R  diphosphate O P O O P O O O O R  triphosphate O P O O P O O O O R P O O O Phosphodiester R O P O O O R' Phosphotriester R O P O O O R' R'' Acylphosphate O P O O O O R
  • 30. CQFR 1.Les hydrocarbures 2.Les fonctions organiques Savoir identifier et nommer les fonctions organiques citées dans le cours. Savoir reconnaître un alcane, alcène, alcyne ou aromatique. Connaître les caractéristiques liées à ces familles de composé (insaturations, position particulière des substituants sur un cycle dérivé du benzène).
  • 31. 1) Parmi ces composés, lesquels sont aromatiques (pensez éventuellement à prendre en compte les doublets non liants)? 2) Déterminez le nombre d’insaturations portées par les composés suivants : 3) Soit un cycle benzénique avec deux substituants –CH3 en position 1 et 3. S’agit-il du para-diméthylbenzène, de l’ortho-diméthybenzène ou du méta-diméthylbenzène? 4) Donnez la formule brute des 7 molécules représentées ci-dessus. Exercices d’application O HN N 5) Identifiez et nommez les fonctions présentes sur les molécules ci-dessous : O Cinnamaldéhyde (composant principal de l’essence de cannelle) H O O O HO O Mévastatine (métabolite fongique inhibant l’enzyme qui contrôle la biosynthèse du cholestérol) O O O HO OH O N S Epothilone A (produit bactérien naturel possédant une activité anticancéreuse plus puissante que celle du taxol) HO NH NH2 Sérotonine (neuromodulateur du système nerveux central)
  • 32. Correction des exercices d’application Exercice 1 : 5 doubles liaisons 10 électrons π Il existe une valeur entière de n pour 4n+2 = 10 (n = 2) Aromatique = 4n + 2 électrons délocalisés (on ne vérifie que la 2ème règle de Hückel) Aromatique 6 électrons π Aromatique 6 électrons délocalisés (2 doublets π + 1 doublet non liant) Aromatique 6 électrons délocalisés (2 doublets π + 1 doublet non liant) Pour n = 1, 4x1+2=6 Aromatique Exercice 2 : 1 cycle + 1 liaison double = 2 insaturations 1 cycle + 1 liaison triple = 3 insaturations 2 cycles + 3 liaisons double = 5 insaturations Exercice 3 : 1 3 ortho para méta N 2 doubles liaisons 4 électrons π Il n’existe pas de valeur entière de n pour 4n+2 = 4 Non aromatique HN O Aromaticité = très favorable en terme de stabilité, on ne prend en compte les doublets non liants des hétéroatomes que s’ils nous permettent d’atteindre cet état favorable. Conclusion que l’on peut tirer de ce que nous avons vu dans ce chapitre : - Une double liaison = 1 insaturation - Une triple liaison = 2 insaturations - Un cycle = 1 insaturation
  • 33. Correction des exercices d’application (2) Exercice 4 : Exercice 5 : O HN N C4H4O C4H5N C5H5N C10H8 C6H10 C11H18 C12H16 Alcane : CnH2n+2 (on peut retrouver le nombre d’insaturations) C6H8 H O O O HO O O O O HO OH O N S O HO NH NH2 Sérotonine Cinnamaldéhyde Epothilone A Mévastatine aldéhyde étheroxyde lactone (ester cyclique) alcool cétone lactone (ester cyclique) alcool ester amine
  • 34. Mentions légalesCe document a été réalisé par la Cellule TICE de la Faculté de Médecine et de Pharmacie de Grenoble(Université Joseph Fourier –Grenoble 1) L'ensembledecetteoeuvrerelèvedeslégislationsfrançaiseetinternationalesurledroitd'auteuretlapropriétéintellectuelle,littéraireetartistiqueoutouteautreloiapplicable. Touslesdroitsdereproduction,adaptation,transformation,transcriptionoutraductiondetoutoupartiesontréservéspourlestextesainsiquepourl'ensembledesdocumentsiconographiques, photographiques,vidéosetsonores. Cetteoeuvreestinterditeàlaventeouàlalocation.Sadiffusion,duplication,miseàdispositiondupublic(sousquelqueformeousupportquecesoit),miseenréseau,partiellesoutotales,sontstrictementréservéesàl’universitéJosephFourier(UJF)Grenoble1etsesaffiliés. L’utilisationdecedocumenteststrictementréservéeàl’usageprivédesétudiantsinscritsàl’UniversitéJosephFourier(UJF)Grenoble1,etnondestinéeàuneutilisationcollective,gratuiteoupayante.