Fiche de révision : Chimie organique

Les notions de cette fiche

• Stéréochimie : chiralité, configuration absolue et stéréoisomérie — Décrire une molécule dans l'espace et nommer sans ambiguïté ses stéréoisomères. Représentations et passage de l'une à l'autre : formule topologique avec liaisons en coin plein et en pointillés, représentation de Cram, projection de Newman. Chiralité, carbone asymétrique, image dans un miroir non superposable ; règles de priorité des substituants et attribution de la configuration absolue R ou S ; configuration Z ou E d'une double liaison. Énantiomères et diastéréoisomères : ce qui les distingue expérimentalement — propriétés physiques identiques pour les premiers sauf vis-à-vis de la lumière polarisée et d'un environnement chiral, propriétés différentes pour les seconds. Mélange racémique et activité optique nulle malgré des molécules chirales. Analyse conformationnelle d'une chaîne et d'un cycle à six atomes de carbone : conformations décalée et éclipsée, forme chaise, positions axiale et équatoriale. Conséquence biologique : deux énantiomères d'un même principe actif n'ont pas le même effet.
• Substitution nucléophile et élimination : mécanismes, cinétique et sélectivité — Expliquer, et non plus seulement constater, la transformation d'un dérivé halogéné ou d'un alcool activé. Sites donneurs et accepteurs repérés sur la formule (charges, doublets non liants, polarisation d'une liaison, formes mésomères) ; flèche courbe comme mouvement d'un DOUBLET, jamais d'un atome. Substitution nucléophile en une étape avec état de transition unique et inversion de configuration, ou en deux étapes par un intermédiaire cationique plan conduisant à un mélange racémique. Élimination conduisant à un alcène, en une ou deux étapes, et régiosélectivité du produit majoritaire. Ce qui oriente la compétition entre substitution et élimination : classe du substrat, force et encombrement du nucléophile ou de la base, nature du solvant, température. Confrontation systématique du mécanisme proposé à ce qui est MESURÉ : ordre expérimental de la loi de vitesse, stéréochimie du produit, effet du solvant.

À maîtriser avant de commencer

Ces notions sont utilisées ici. Relisez-les si l’une d’elles vous échappe.

• Groupes caractéristiques et nomenclature — Squelette carboné, alcanes, alcools, aldéhydes, cétones, acides carboxyliques, esters, amines ; formules brutes, semi-développées, topologiques ; nomenclature IUPAC de base.
• Schémas de Lewis des molécules — Règles du duet et de l'octet, liaisons covalentes, doublets liants et non liants, schéma de Lewis de molécules simples (H₂O, NH₃, CO₂, CH₄).
• Géométrie et polarité des molécules — Répulsion des doublets (VSEPR qualitatif), géométrie tétraédrique, pyramidale, coudée, linéaire ; électronégativité, liaison polarisée, molécule polaire.
• Cohésion de la matière et interactions intermoléculaires — Interactions de Van der Waals, liaison hydrogène, cohésion des solides ioniques et moléculaires, solubilité et miscibilité expliquées par la polarité.
• Schéma de Lewis, mésomérie et géométrie VSEPR — Construction raisonnée du schéma de Lewis d'une molécule ou d'un ion polyatomique : décompte des électrons de valence, doublets liants et non liants, charges formelles et choix de la représentation la plus probable ; hypervalence des éléments de la troisième période ; formes mésomères d'un système délocalisé et notion d'hybride de résonance ; géométrie autour d'un atome central par la méthode VSEPR (répulsion des doublets, figures de répulsion, effet des doublets non liants sur les angles) ; moment dipolaire d'une molécule déduit de l'électronégativité et de la géométrie, molécules polaires et apolaires.
• Types de réactions en chimie organique — Addition, élimination, substitution ; modification de chaîne ou de groupe ; sites donneurs/accepteurs de doublet, flèches courbes ; optimisation d'une synthèse (rendement).
• Loi de vitesse d'ordre 1 — v = k [A], équation différentielle d[A]/dt = −k[A], décroissance exponentielle, lien entre k et le temps de demi-réaction t₁/₂ = ln 2 / k.
• Couples acide-base de Brønsted — Acide = donneur de proton, base = accepteur, couple acide/base, demi-équations protoniques, réaction acide-base, couples de l'eau, ion oxonium H₃O⁺.
• Mécanismes réactionnels et approximations de la cinétique — Acte élémentaire, molécularité et loi de van 't Hoff (pour un acte élémentaire, et pour lui seul, les ordres partiels sont les nombres stœchiométriques) ; intermédiaire de réaction et profil énergétique d'un mécanisme ; approximation de l'état quasi stationnaire appliquée à un intermédiaire très réactif ; approximation de l'étape cinétiquement déterminante ; établissement de la loi de vitesse d'un mécanisme par étapes et confrontation à la loi expérimentale ; mécanismes en séquence ouverte et en séquence fermée (initiation, propagation, terminaison) ; effet d'un catalyseur sur le chemin réactionnel et sur l'énergie d'activation apparente.
• Solvants, solvatation et miscibilité — Grandeurs qui caractérisent un solvant : moment dipolaire, permittivité relative, aptitude à donner une liaison hydrogène ; classement des solvants en apolaires, polaires aprotiques et polaires protiques ; mécanisme de la dissolution d'un solide ionique (dissociation puis solvatation des ions, rôle de la permittivité) et d'un soluté moléculaire ; miscibilité de deux liquides et prévision qualitative de la solubilité d'un soluté dans un solvant donné ; conséquences pratiques : extraction liquide-liquide, recristallisation, choix d'un solvant de réaction.

S’entraîner sur ces notions

• S’entraîner : Configuration, énantiomères et excès énantiomérique
• S’entraîner : Substitution et élimination : mécanismes concurrents

Pour aller plus loin

• Chimie de coordination
• Cinétique chimique
• Électrochimie
• Matériaux et diagrammes binaires
• Oxydoréduction en solution aqueuse
• Thermodynamique chimique
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