Deuxième quadrimestre, 30 heures de théorie et 15 heures d'exercices.

Le cours est donné en français. Les documents annexés peuvent provenir de sources anglophones ou néerlandophones.

Au terme du cours, l'étudiant devrait
- être capable de comprendre le formalisme de la chimie organique,
- être capable d'écrire, avec précision et logique, des réactions simples de chimie organique avec des applications à la chimie des polymères,
- avoir perçu notre grande dépendance face à la chimie organique, dans la vie de tous les jours,
- avoir envie de se documenter à plusieurs sources contradictoires et à les étudier avec esprit critique pour tenter de se forger une opinion personnelle à propos des problèmes éthiques qui animent notre société et sont reliés à la chimie,
- avoir compris que les axes de développement de la chimie sont intimement dépendants des conjectures politiques (guerres...), économiques (matières premières, brevets...) et au caractère et charisme des chercheurs et industriels,
- pouvoir concevoir les problèmes pratiques auxquels sont confrontés les chercheurs, par une expérience personnelle acquise au laboratoire,
- comprendre qu'un même produit peut s'avérer utile ou dangereux selon l'usage qu'on en fait.

Pour le programme de Bachelier : ingénieur de gestion :

Aucun

Dans cette partie du cours, on définit, on décrit avec précision et on nomme les molécules organiques en envisageant
- les liaisons entre atomes,
- la géométrie des molécules et leur conformation,
- les groupes fonctionnels,
- les isomères.

A. Naissance de la chimie organique de synthèse (10%)
a) Historique
On y voit que ce qui a révolutionné notre façon de vivre est une science jeune (1ère molécule synthétisée en 1828).
On montre que les premières usines de produits organiques ont fabriqué des colorants synthétiques et que ceux-ci ont modifié de larges pans de la vie économique de l'époque. On voit aussi que l'industrie pharmaceutique découle directement de l'industrie des colorants et on prouve la puissance économique de l'industrie des produits organiques en présentant la liste des entreprises chimiques mondiales avec leur poids économique actuel.

b) Chimie du pétrole et introduction aux biocarburants
Le développement de la chimie organique étant lié à la production pétrolière, on expose la chimie du pétrole (historique, forage et exploitation, raffinage) avec son corollaire, la production d'essence et une application directe : le moteur à explosion. On développe ensuite la synthèse de biocarburants : le bioéthanol et le biodiesel.

Remarque : au début de chacun des chapitres qui suivent, on présente la nomenclature et la structure des composés étudiés.

B. Halogénures d'alkyle (20%)
- Synthèse des halogénures d'alkyle
On entre de plein pied dans la chimie organique lorsqu'on fonctionnalise les alcanes provenant directement du pétrole, du gaz naturel ou du charbon. La porte d'entrée choisie est la fonctionnalisation en halogénures d'alkyle, car les halogénures peuvent être transformés en une large gamme d'autres fonctions.
- Importance des halogénures d'alkyle
On débute par la controverse opposant les écologistes aux scientifiques au sujet des composés chlorés en illustrant le propos par des articles contradictoires.
Ensuite, on voit l'importance que ces composés, employés tels quels, ont dans la vie courante et on présente la problématique des gaz de combat, des engrais, des pesticides (DDT), des herbicides, des CFC.
- Caractéristiques et réactions des halogénures d'alkyle
Les réactions des halogénures d'alkyle ont fait l'objet d'études poussées, c'est pourquoi on les a choisis comme réactifs-types pour présenter diverses facettes de la chimie organique de synthèse. Cela permet notamment
- de montrer les différences et ressemblances entre halogénures inorganiques et organiques, entre réactions inorganiques et organiques,
- de mettre en évidence l'importance de la polarité sur la réactivité,
- d'étudier des réactions sous leurs aspects thermodynamique, cinétique, stéréochimique,
- de voir l'influence des solvants,
- d'introduire les notions d'activité optique et de parler de l'importance des composés optiquement purs dans l'industrie pharmaceutique et en agrochimie.

C. Alcools, phénols et amines (15%)
- Alcools et phénols
On étudie les propriétés et la réactivité de ces composés en prenant pour point de départ l'écriture même de la fonction. On envisage successivement leur comportement en tant qu'acides, bases, nucléophiles et substrats. Cela permet notamment d'introduire la notion de ponts d'hydrogène et de mettre en évidence la relation entre la structure microscopique et le comportement macroscopique.
On illustre ce chapitre par la synthèse industrielle des alcools présents dans le "top 50" des composés organiques fabriqués à grande échelle dans le monde, ce qui permet de mettre en évidence l'importance économique capitale des polymères (plastiques, caoutchoucs, colles, résines...) dont ces alcools sont précurseurs.

- Amines
Après avoir étudié les propriétés et la réactivité des amines, on illustre le paragraphe en citant quelques amines naturelles, les acides aminés, les protéines, les alcaloïdes.

D. Les hydrocarbures aromatiques (10%)
Après une introduction théorique sur la conjugaison et l'aromaticité, on étudie les réactions caractéristiques du noyau benzénique en insistant sur les mécanismes. On clôture ce chapitre par la synthèse de deux types de composés intéressants utilisés dans la vie courante
- la bakélite
- les colorants azoïques.
Les étudiants synthétisent, au laboratoire didactique, la bakélite et un de ses succédanés ainsi qu'un colorant azoïque, le méthyl-orange (indicateur de titrage).

E. Les alcènes (25%)
Cette classe de composés est extrêmement importante du point de vue industriel car les alcènes sont précurseurs de polymères.
Après avoir observé les propriétés d'une double liaison C=C , on présente diverses voies d'accès à ce type de composés, ce qui permet de rassembler quelques réactions étudiées précédemment.
Lors de l'étude de la réactivité des alcènes, l'accent est surtout mis sur la synthèse de polymères (PS, PE, PVC, téflon, PP, polybutadiène, caoutchoucs...). On présente aussi leurs propriétés physiques, leur mise en forme, leur utilisation et leur recyclage qui amène à la problématique des déchets.
Quelques autres réactions qui conduisent à la chimie fine, (médicaments, additifs ...) sont proposées ensuite. L'accent est mis sur le mécanisme de réaction. Ce paragraphe est illustré par la synthèse de l'isooctane, l'"octane" bien connu des automobilistes.

F. Les acides carboxyliques et quelques dérivés : chlorures d'acides, anhydrides, esters, acides (20%)
- Acides carboxyliques
La synthèse des acides carboxyliques fait appel à des notions acquises précédemment. La réactivité de ces composés est envisagée selon deux axes :
- la réactivité en tant qu'acides
- la réactivité comme substrat d'addition-élimination sur C=O.
La transformation des fonctions acides en autres fonctions est illustrée par
- la synthèse du PET (synthèse d'esters)
- la synthèse industrielle du nylon 6,6 (synthèse d'amides).

- Chlorures d'acides, anhydrides, esters, amides
Après avoir exposé le parallélisme entre ces fonctions et leurs modes d'obtention, on illustre leur réactivité par la synthèse de produits connus qui sont, dans certains cas, réalisées par les étudiants au laboratoire.
- chlorures d'acides: le nylon 6,6 (synthèse au laboratoire didactique)
- anhydrides: l'aspirine, (synthèse et purification au laboratoire didactique), la
résine glycéro-phtalique,
- esters: la glycérine et les savons (fabrication de savon au laboratoire didactique),
- amides: les protéines.

(1) Ce programme est souvent abrégé car on l'adapte à la réceptivité des étudiants. Chaque année, un nouveau développement intéressant de l'actualité chimique amène à mettre en exergue l'un ou l'autre point du contenu ou à ajouter une information supplémentaire.
(2) Le temps consacré à l'exposé des chapitres est indiqué en % à côté des titres.

Le cours ex cathedra est doublé d'exercices théoriques et pratiques dont le contenu recouvre divers aspects de la chimie organique :
- la synthèse (aspirine, polymères, colorant)
- la purification (cristallisation, distillation, décantation, chromatographie)
- l'identification (chromatographie).
Chaque chapitre du syllabus est complété de documents. Leur lecture ne fait, en général, pas l'objet d'une évaluation. Elle vise à augmenter la culture générale de l'étudiant dans le domaine de la chimie et à développer son esprit inquisiteur et critique.
Le cours débute par un film « La chimie au quotidien » qui, mieux que des mots, montre l'importance, dans la vie, de la chimie et de ce qu'elle produit. La présentation du cours est illustrée de transparents et les étudiants peuvent manipuler à loisir de nombreux échantillons et aussi des modèles moléculaires qui leur permettent de bien visualiser la géométrie des molécules.

Les étudiants sont évalués par un examen écrit de 3 heures. Les questionnaires comportent
- des questions théoriques,
- des exercices inédits très semblables à ceux du cours,
- une question ouverte demandant une réflexion personnelle
Les séances de laboratoire sont complétées par un rapport corrigé et remis aux étudiants. Les résolutions d'exercices font également l'objet d'une correction personnalisée.

- AFTALION F., Histoire de la chimie, Paris, Masson, 1988
- ARNAUD, Chimie organique générale, Paris, Masson, 1981
- ARNAUD, C. ,Chimie organique 3e édition, Mémo-guides, Paris, Masson, 1995
- CAILLET D., DEVALANCE J-P., ETCHEBERRIGARAY F., ETCHEBERRIGARAY J. TermS, Faire le point, Paris, Hachette Education, 1998
- COLONNA P., La Chimie Verte, Londres Paris New York, Editions TEC & DOC Lavoisier 2006
- CRAM et HAMMOND, Chimie organique, Québec, Les Presses de l'Université Laval, 1963
- DURUPTY A., DURUPTY O., GIACINO M., JAUBERT A., Chimie Term S, Collection Durupty, Paris, Hachette Education, 1999
- GREEN M. M., WITTCOFF H. A. , Organic Chemistry Principles and Industrial Practice, Weinheim, Willey-VCH, 2003
- HART et CONIA, Introduction à la chimie organique, Paris, Inter Editions, 1987
- JOHNSON A. W. Invitation à la Chimie Organique, Paris, Bruxelles, De Boek Université, 2003
- MARTEL B, Aide-mémoire de chimie organique industrielle, Paris, Dunod, 1996
- McMURRY J., Chimie organique. Les grands principes, Paris, Dunod, 2000
- ROBERTS J. D. et CASERIO M. C., Basic Principles of Organic Chemistry, New-York, W. A. Benjamin, Inc. 1964.
- SCOTT G., Polymers and the environment, Cambridge, The Royal Society of Chemistry, 1999
- TOON E. R., ELLIS G. L., DOYLE L., IVANCO J., PERCIVAL S., Foundations of Chemistry, Toronto, Holt, Rinehart and Wiston of Canada, 1989
- VOLLHARDT K. P. C., SCHORE N. E., Traité de chimie organique, Paris, Bruxelles, De Boek Université, 1999
- WEISSERMEL K., ARPE H.-J. Industrial Organic Chemistry "Important Raw Materials and Intermediates",Weinheim, New York, Verlag Chemie, 1978.

Supports: Film « La chimie au quotidien », tableau noir + craies, transparents, modèles moléculaires, échantillons.