Cours de Chimie organique – Licence 2

La nomenclature IUPAC attribue à chaque composé organique un nom unique à partir de la chaîne principale, des groupes caractéristiques et des substituants. Les isomères de constitution (chaîne, position, fonction) diffèrent par l'enchaînement des atomes ; les stéréoisomères ont le même enchaînement mais une disposition spatiale différente : conformères, diastéréoisomères Z/E, énantiomères R/S.…

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Programme : les chapitres

Chapitre à lire gratuitement : Nomenclature et isomérie

1. Formules et degré d'insaturation

Un composé organique est décrit par sa formule brute (C₄H₁₀O), sa formule semi-développée (CH₃–CH₂–CH₂–CH₂OH) ou sa formule topologique (zigzag). Pour une formule CcHhNnOoXx (X : halogène), le nombre d'insaturations (cycles + liaisons π) est :

DBE = (2c + 2 + n − h − x)/2

Exemples : C₆H₆ (benzène) : DBE = (14 − 6)/2 = 4 ; C₄H₈O₂ : DBE = (10 − 8)/2 = 1 ; C₇H₇NO₂ : DBE = (14 + 2 + 1 − 7)/2 = 5. L'oxygène ne modifie pas le calcul.

2. Nomenclature IUPAC

Étapes : repérer la fonction principale, choisir la chaîne carbonée la plus longue qui la contient, numéroter pour donner le plus petit indice à la fonction puis aux insaturations puis aux substituants, nommer les substituants par ordre alphabétique.

Alcanes : méthane, éthane, propane, butane, pentane, hexane... Substituants : méthyl-, éthyl-, propyl-. Exemple : CH₃–CH(CH₃)–CH₂–CH₃ est le 2-méthylbutane.

Alcènes : suffixe -ène avec indice de la double liaison (but-2-ène).

Alcools : suffixe -ol (propan-2-ol). Aldéhydes : suffixe -al (éthanal). Cétones : suffixe -one (propanone). Acides carboxyliques : acide ...-oïque (acide éthanoïque). Halogénoalcanes : préfixes chloro-, bromo- (2-bromopropane).

3. Isomérie de constitution

Les isomères de constitution ont la même formule brute mais des enchaînements différents. On distingue :

a) l'isomérie de chaîne (pentane, 2-méthylbutane, 2,2-diméthylpropane pour C₅H₁₂) ;

b) l'isomérie de position (butan-1-ol et butan-2-ol) ;

c) l'isomérie de fonction (éthanol et méthoxyméthane pour C₂H₆O ; propanal et propanone pour C₃H₆O).

Exemple : C₄H₁₀O admet 7 isomères : 4 alcools (butan-1-ol, butan-2-ol, 2-méthylpropan-1-ol, 2-méthylpropan-2-ol) et 3 éthers (méthoxypropane, 2-méthoxypropane, éthoxyéthane).

4. Stéréoisomérie de conformation

Les conformères se transforment l'un en l'autre par rotation autour de liaisons simples. La représentation de Newman permet de les comparer. Pour l'éthane, la conformation décalée est plus stable que l'éclipsée d'environ 12 kJ·mol⁻¹. Pour le butane, la conformation anti (CH₃ opposés) est la plus stable ; les conformations gauche sont plus hautes de 3,8 kJ·mol⁻¹ environ. À 298 K, ces conformères s'interconvertissent très rapidement et ne sont pas isolables.

5. Stéréoisomérie de configuration : Z/E

Autour d'une double liaison C=C, deux stéréoisomères diastéréoisomères existent si chaque carbone porte deux substituants différents. On classe les substituants de chaque carbone avec les règles de priorité de Cahn-Ingold-Prelog (CIP) : numéro atomique décroissant (Br > Cl > O > N > C > H). Si les deux substituants prioritaires sont du même côté, la configuration est Z (zusammen) ; sinon E (entgegen). Dans le but-2-ène, cis = Z et trans = E.

6. Chiralité et configuration R/S

Un carbone asymétrique (stéréogène) porte quatre substituants différents. Une molécule chirale n'est pas superposable à son image dans un miroir : les deux formes sont des énantiomères, de même propriétés physiques sauf le signe du pouvoir rotatoire et la réaction avec d'autres molécules chirales. Pour attribuer R ou S : classer les quatre substituants par priorité CIP (1 > 2 > 3 > 4), regarder la molécule avec le substituant 4 à l'opposé de l'observateur ; si 1 → 2 → 3 tourne dans le sens horaire c'est R (rectus), anti-horaire S (sinister).

Pour n centres stéréogènes, il y a au plus 2ⁿ stéréoisomères. Le nombre est inférieur quand la molécule possède un plan de symétrie interne : forme méso. Exemple : l'acide tartrique HOOC–CHOH–CHOH–COOH a 2 centres, mais seulement 3 stéréoisomères (R,R), (S,S) et méso. Un mélange 50/50 de deux énantiomères est un racémique, optiquement inactif.

7. Exemples du vivant

Les acides aminés protéiques sont chiraux (série L). L'acide lactique CH₃–CH(OH)–COOH existe en deux énantiomères : l'acide (S)-lactique est produit dans les muscles et se retrouve dans le lait fermenté (lait caillé, « lait sur » consommé en Afrique de l'Ouest).

8. Méthode pour les devoirs et examens

• Pour nommer, repérer d'abord la fonction principale et la chaîne la plus longue qui la porte.
• Pour les isomères, procéder par ordre : chaîne, position, fonction, puis stéréoisomérie.
• Pour R/S ou Z/E, écrire d'abord les priorités CIP de chaque substituant avant de conclure.
• Calculer le DBE pour vérifier le nombre d'insaturations avant de proposer des structures.