16/09/2011 Jean-Claude Gesquiere Laboratoire de Chimie Organique Faculté de Pharmacie Inserm U761 Biostructures et Découverte

16/09/2011 Jean-Claude Gesquiere Laboratoire de Chimie Organique Faculté de Pharmacie Inserm U761 Biostructures et Découverte de Médicaments 0 introduction Les biomolécules constituent une partie de la chimie organique On peut donner deux significations à ce terme : molécules - synthétisées par les organismes vivants - synthétisées en laboratoire et pouvant interagir avec les organismes vivants Elles constituent un sous-ensemble -ouvert- de la chimie organique Les familles de composés organiques, les fonctions chimiques Les réactions des différentes familles chimiques Les mécanismes réactionnels 1 1 16/09/2011 Rappels Les molécules organiques sont composées : De carbone et d'hydrogène Qui constituent un squelette de type hydrocarbure squelette qui porte un certain nombre de fonctions chimiques associées à la présence d'hétéroatomes : oxygène, azote,  soufre, phosphore, silicium halogènes ; F Cl, Br, I...  sélénium La partie hydrocarbure de la molécule est hydrophobe, insoluble dans l'eau, soluble dans les graisses Ce sont les hétéroatomes, constituants de groupements fonctionnels qui apporteront la solubilité dans l'eau 2 Les Hydrocarbures o Molécules les plus simples, o Composés uniquement de Carbone et d'Hydrogène (CxHy) alcanes : ne contiennent que des liaisons simples  entre les atomes de carbone . peuvent être cycliques : cyclanes alcènes : contiennent au moins une double liaison Carbone-Carbone alcynes : contiennent au moins une triple liaison Carbone-Carbone arènes : hydrocarbures aromatiques 3 2 16/09/2011 Les Alcanes CnH2n+2 Hydrocarbures saturés ou paraffines Peuvent être linéaires ou ramifiés De un à plusieurs milliers d'atomes de carbone cyclanes 4 Nomenclature noms formés par l'association  d'un suffixe indiquant qu'il s'agit d'un alcane et d'un  préfixe spécifique de la chaîne CH4 méth ane C2H6 éth ane C3H8 prop ane C4H10 but ane isobutane CH4 -CH3 CH3 CH3 CH3 -C2H5 CH2 CH3 CH3 CH2 CH3 -C3H7 CH2 CH2 CH3 prop yl CH3 CH2 CH2 CH3 méth yl éth yl 2  isomères CH 3 C H C H3 Nombre de Carbones Nombre d' Isomères CH3 5 3 6 5 7 9 10 75 15 4347 20 366319 5 3 16/09/2011 Nomenclature On utilise successivement les règles IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry): RÈGLE 1: Rechercher la chaine carbonée la plus longue. Elle constituera la chaine principale et donnera son nom à l'alcane Les autres groupes seront considérés comme des substituants RÈGLE 2: Numéroter la chaine carbonée la plus longue en partant d'une extrémité. La numérotation qui attribuera l'indice le plus faible au premier substituant sera retenue. RÈGLE 3: Nommer tous les groupes carbonés greffés sur la chaine principale en tant que substituants alkyle. Les groupes alkyle résultent de l'enlèvement d'un Hydrogène d' d'un alcane. Ils sont nommés en remplaçant la terminaison -ane par -yle RÈGLE 4: Écrire le nom de l'alcane en arrangeant les substituants par ordre alphabétique, chacun étant précédé à l'aide d'un tiré du numéro de l'atome de carbone qui le porte, suivi du nom de la chaine principale. Lorsqu'une molécule contient un même substituant en plusieurs exemplaires, on utilise un préfixe multiplicatif (di, tri, tétra...) 6 Nomenclature CH3 CH3 2 1 H3C 10 3 9 8 4 7 CH3 5 6 5 6 7 4 8 Il s'agit d'un isomère de l'heptadécane 10 9 3 CH3 2 1 CH3 Rechercher la chaine carbonée la plus longue: décane substitué Numéroter la chaine carbonée la plus longue en partant d'une extrémité. Nommer tous les groupes carbonés greffés sur la chaine principale en tant que substituants alkyle. Écrire le nom de l'alcane en arrangeant les substituants par ordre alphabétique, chacun étant précédé à l'aide d'un tiré du numéro de l'atome de carbone qui le porte, suivi du nom de la chaine principale. 3 : méthyle 4 : éthyle 5 : propyle 4-éthyl- 3,8-diméthyl- 5-propyl- décane 8 : méthyle 7 4 16/09/2011 Structure des alcanes ÉNERGIE Vu en chimie générale Configuration électronique du  Carbone 8 Structure des alcanes Vu en chimie générale ÉNERGIE Hybridation sp3 Configuration électronique  dans l'état excité du Carbone sp3 1s Configuration électronique sous  l'état d'hybridation sp3 9 5 16/09/2011 Structure des alcanes Combinaison pour former 4 orbitales sp3 Dans les quatre directions d'un tétraèdre régulier 10 Structure des alcanes Le Méthane :  CH4 Vu en chimie générale H C H H H 11 6 16/09/2011 Structure de l'éthane Vu en chimie générale C2H6 Géométrie tétraédrique au niveau de chaque atome de carbone Liaison C-H = 1,10 Angström Liaison C-C = 1,54 Angström 12 La liaison ? C-C dans l'éthane Vu en chimie générale Recouvrement en phase de l'orbitale hybride sp3 simplement occupée de l'un des  atomes de carbone avec l'orbitale hybride sp3 simplement occupée de l'autre atome  de carbone 13 7 16/09/2011 La liaison ? C-C dans l'éthane Vu en chimie générale Ce recouvrement se fait selon l'axe des deux atomes pour conduire à une liaison  ? 14 Vu en chimie générale Conformation des alcanes On observe des isomères de conformation  -conformères- qui résultent d'une rotation  autour d'une liaison simple (sigma). H C H C ? H 15 8 16/09/2011 Éthane : conformation décalée H C H C H H H H 16 Éthane : conformation éclipsée H H C H H C H H 17 9 16/09/2011 Les deux conformations extrêmes de  l'éthane en Projection de Newman ÉCLIPSÉE DÉCALÉE H H H H H H H H H H H H Vue selon l'axe de la liaison carbone-carbone 18 Variations d'énergie potentielle de la molécule d'éthane lors de la rotation autour de la liaison C-C Vu en chimie générale Énergie Potentielle Conformères éclipsés 12 kJ par  mole Conformères décalés Angle de rotation à température ambiante il est impossible de séparer deux conformères il y a rotation en permanence autour des liaisons sigma 19 10 16/09/2011 cas du n-butane : C2 C3 20 Énergie des  conformations du butane 0° 60° CH CH3 H H3 120° CH3 CH3 H H H H H H Vu en chimie générale H CH H H H H H H HH 180° H 3 CH3 H CH3 H H H H H CH3 21 11 16/09/2011 Énergie des  conformations du butane H Vu en chimie générale CH3CH3 H H CH3CH3 H H H H H H H H H H CH3H H H CH3H H CH3 H H HH H CH3 H énergie 21 kJ/mol H H H H H H H CH3 H H H CH3 H H angle H H CH3 H CH3H CH3 H H CH3 22 21 kJ/mol Vu en chimie générale énergie Énergie des  conformations du butane angle 23 12 16/09/2011 Propriétés Physiques des alcanes 24 Températures d'ébullition Plus les liaisons intermoléculaires sont fortes,  plus la chaleur de vaporisation et la température  d'ébullition sont élevées. ébullition Gaz Fusion Liquide Alcanes Linéaires 25 13 16/09/2011 Forces de Van de Waals Vu en chimie générale Dipôle permanent / Dipôle permanent Dipôle permanent / Dipôle induit Dipôle induit / Dipôle induit Keesom Debye London Dipôle permanent : dissymétrie de répartition des charges Inexistant ou très faible chez les alcanes Dipôle induit (fluctuant): polarisabilité Fluctuation du nuage  électronique Induction d'une Fluctuation  complémentaire Interaction  intermoléculaire 26 Les Forces de Van de Waals  sont additives et non saturables Butane Ébullition : - 0,5°C Octane Ébullition : 126°C 27 14 16/09/2011 Des isomères de position ont des points d'ébullition différents CH2 CH2 CH3 CH2 CH3 Pentane: 36°C H3C CH3 CH3 CH2 CH3 CH3 CH C CH3 CH3 2-méthylbutane: 28°C 2,2-diméthylpropane: 9°C Point de fusion  (oC) Point d'ébullition  (oC) État à 25oC CH4 -183 -164 gaz éthane C2H6 -183 -89 propane C3H8 -190 -42 butane C4H10 -138 -0.5 pentane C5H12 -130 36 hexane C6H14 -95 69 heptane C7H16 -91 98 octane C8H18 -57 125 nonane C9H20 -51 151 décane C10H22 -30 174 undécane C11H24 -25 196 dodécane C12H26 -10 216 eicosane C20H42 37 343 triacontane C30H62 66 450 28 Nom Formule méthane liquide solide...