Nomenclature des composés organiques

L'objectif essentiel d'une nomenclature est d'aboutir à des noms de composés chimiques sans ambiguïté, à savoir qu'un même nom ne doit jamais servir à désigner deux composés chimiques différents. Par contre, un même composé chimique suffisamment complexe peut recevoir plusieurs noms différents provenant de différentes nomenclatures, ou même parfois provenant de la même nomenclature.

Cet article contient de nombreuses erreurs. Une réorganisation et une réécriture des articles concernant la nomenclature chimique est en cours.

La N

La nomenclature officielle en chimie organique est la nomenclature IUPAC (Union internationale de chimie pure et appliquée)

Historique des tentatives de nomenclatures

Le besoin d'une nomenclature s'est fait particulièrement ressentir à la fin du XIX^e siècle, devant les progrès de la chimie et le nombre de plus en plus important de molécules connues. Une commission internationale a été formée en 1889, composées principalement de Français. Elle parvient à en définir des règles lors du congrès de Genève de 1892, connue sous le nom de nomenclature de Genève. Elle ne prend cependant pas en compte les molécules aromatiques, ni les composés ayant plusieurs fonctions.

Cette première nomenclature est précisée et complétée en 1930 sous le nom de nomenclature de Liège. Celle-ci sera amendée au cours de différents congrès internationaux, aboutissant à une nouvelle version, publiée en 1958 sous le nom de nomenclature de Paris^[1].

Généralités

La connaissance d'une espèce en chimie organique revêt deux aspects :

1. La structure, qui est celle de la molécule, définie par la position relative dans l'espace des différents atomes (aspect statique) ;
2. La réactivité, liée à la structure, qui rend compte du comportement vis-à-vis d'autres molécules (aspect dynamique).

Structure des molécules

Une molécule organique est composée :

• d'un squelette carboné constitué par des enchaînements carbonés aux formes diverses (chaîne, cycle…) ;
• de groupes fonctionnels caractéristiques des fonctions chimiques (alcool, acide, amine, etc.).

Pour chaque molécule, il faut établir la structure en s'appuyant sur des faits expérimentaux (preuves chimiques et spectroscopiques) et proposer une représentation par un symbolisme qui rend compte des différents types de liaison entre les atomes (liaisons doubles, triples, cycle) et aussi de la structure spatiale.

Nom d'une molécule

Cette section contient des erreurs importantes. Elle sera modifiée sous peu.

Pour obtenir le nom d'une molécule suivant la nomenclature IUPAC, il est conseillé de procéder par étapes successives^[2] :

1. On analyse la chaîne carbonée principale du squelette dénombrant les atomes de carbone et en identifiant l’hydrocarbure saturé correspondant ;
2. On ajoute ensuite les préfixes et les suffixes établissant la nature des groupes fonctionnels. On inclut dans ceux-ci les liaisons doubles et triples ;
3. On indique en troisième lieu la position des groupes fonctionnels et des ramifications de la chaîne principale par des chiffres qui sont placés avant le groupe concerné et dont ils sont séparés par un tiret. Si plusieurs chiffres sont nécessaires, on les sépare par une virgule. On veille à numéroter tous les atomes de carbone dans l'ordre de façon que les carbones fonctionnels aient les plus petits numéros possibles.

Noms des hydrocarbures

Alcanes

Les alcanes sont des hydrocarbures saturés (simples liaisons uniquement), linéaires, cycliques ou branchés (ramifiés) de formule brute C_nH_2n+2 (alcanes non cycliques) ou C_nH_2n (alcanes monocycliques).

N° Carbone	Alcane R-H : préfixe	Alcane R-H : suffixe	Formule : CnH2n+2	Alkyle R : préfixe	Alkyle R : suffixe	Formule de R-	Abréviation
1	méth	ane	CH4	méth	yle	CH3-	Méth(a)
2	éth	ane	CH3CH3	éth	yle	CH3CH2-	Éth(a)
3	prop	ane	CH3CH2CH3	prop	yle	CH3CH2CH2-	Prop(a)
4	but	ane	CH3(CH2)2CH3	but	yle	CH3(CH2)2CH2-	But(a)
5	pent	ane	CH3(CH2)3CH3	pent	yle	CH3(CH2)3CH2-	Pent(a)
6	hex	ane	CH3(CH2)4CH3	hex	yle	CH3(CH2)4CH2-	Hex(a)
7	hept	ane	CH3(CH2)5CH3	hept	yle	CH3(CH2)5CH2-	Hept(a)
8	oct	ane	CH3(CH2)6CH3	oct	yle	CH3(CH2)6CH2-	Oct(a)
9	non	ane	CH3(CH2)7CH3	non	yle	CH3(CH2)7CH2-	Non(a)
10	déc	ane	CH3(CH2)8CH3	déc	yle	CH3(CH2)8CH2-	Déc(a)
11	undéc †	ane	CH3(CH2)9CH3	undéc	yle	CH3(CH2)9CH2-	Undéc(a)
12	dodéc	ane	CH3(CH2)10CH3	dodéc	yle	CH3(CH2)10CH2-	Dodéc(a)
13	tridéc	ane	CH3(CH2)11CH3	tridéc	yle	CH3(CH2)11CH2-	Tridéc(a)
14	tétradéc	ane	CH3(CH2)12CH3	tétradéc	yle	CH3(CH2)12CH2-	Tétradéc(a)
15	pentadéc	ane	CH3(CH2)13CH3	pentadéc	yle	CH3(CH2)13CH2-	Pentadéc(a)
16	hexadéc	ane	CH3(CH2)14CH3	hexadéc	yle	CH3(CH2)14CH2-	Hexadéc(a)
17	heptadéc	ane	CH3(CH2)15CH3	heptadéc	yle	CH3(CH2)15CH2-	Heptadéc(a)
18	octadéc	ane	CH3(CH2)16CH3	octadéc	yle	CH3(CH2)16CH2-	Octadéc(a)
19	nonadéc	ane	CH3(CH2)17CH3	nonadéc	yle	CH3(CH2)17CH2-	Nonadéc(a)
20	icos ‡	ane	CH3(CH2)18CH3	icos	yle	CH3(CH2)18CH2-	Eicos-
21	hénicos	ane	CH3(CH2)19CH3	hénicos	yle	CH3(CH2)19CH2-	Hénéicos-
22	docos	ane	CH3(CH2)20CH3	docos	yle	CH3(CH2)20CH2-	?
23	tricos	ane	CH3(CH2)21CH3	tricos	yle	CH3(CH2)21CH2-	?
30	triacont	ane	CH3(CH2)28CH3	triacont	yle	CH3(CH2)28CH2-	Triacont-
31	hentriacont	ane	CH3(CH2)29CH3	hentriacont	yle	CH3(CH2)29CH2-	?
32	dotriacont	ane	CH3(CH2)30CH3	dotriacont	yle	CH3(CH2)30CH2-	?
33	tritriacont	ane	CH3(CH2)31CH3	tritriacont	yle	CH3(CH2)31CH2-	?
40	tétracont	ane	CH3(CH2)38CH3	tétracont	yle	CH3(CH2)38CH2-	Tétracont-
50	pentacont	ane	CH3(CH2)48CH3	pentacont	yle	CH3(CH2)48CH2-	?
60	hexacont	ane	CH3(CH2)58CH3	hexacont	yle	CH3(CH2)58CH2-	?
100	hect	ane	CH3(CH2)98CH3	hect	yle	CH3(CH2)98CH2-	?
132	dotriacontahect	ane	CH3(CH2)130CH3	dotriacontahect	yle	CH3(CH2)130CH2-	?

^† La forme hendécane n'est pas recommandée. ^‡ La forme « eicos- » est désuète .

Alcanes ramifiés ou alkylalcanes

Ils sont constitués :

• d'un alcane de base qui est celui qui possède la chaîne hydrocarbonée la plus longue ;
• de ramifications alkyles (chaînes hydrocarbonées plus courtes) qui peuvent à leur tour être ramifiées.

Pour nommer un hydrocarbure ramifié, on désigne les chaînes latérales par des préfixes accolés au nom de l'hydrocarbure de base.

Nommer un alkylalcane dont la formule est donnée

• Trouver la chaîne hydrocarbonée la plus longue à considérer comme l'alcane de base et lui donner un nom.
• Identifier tout groupe alkyle branché sur l'alcane et lui donner un nom (radical) ; placer ce nom en préfixe devant le nom de l'alcane de base en respectant l'ordre alphabétique.
• Faire précéder le nom de chaque radical par un chiffre indiquant la position de la ramification sur l'alcane de base ; la numérotation de l'alcane de base se fait d'un bout à l'autre de façon que la somme des indices soit la plus faible possible. L'indice (il y en a autant que de ramifications) est toujours placé devant le nom auquel il se réfère.

Exemple

• 3-éthyl-4-méthylhexane :

  

  3-Éthyl-4-méthylhexane

En cas de choix de numérotation des substituants, on doit donner l'indice le plus bas au radical prioritaire par ordre alphabétique.

Écrire la formule chimique d'un alcane dont le nom est donné

• Écrire autant de carbones que l'exige le nom de l'alcane de base et numéroter chacun de ses atomes.
• Faire de même avec les radicaux en les positionnant sur l'alcane de base selon le numéro du carbone porteur sur l'alcane de base.

Principaux radicaux ramifiés

Autres radicaux

Cycloalcanes

• Les alcanes monocycliques de formule brute C_nH_2n sont nommés en faisant précéder du préfixe cyclo le nom de l'alcane.

Exemples : cyclobutane, cycloheptane, 1,1,3-triméthylcyclopentane.

• Les alcanes bicycliques prennent le nom de l'alcane linéaire de même nombre d'atomes de carbone précédé du préfixe bicyclo. Après ce préfixe, on met entre crochets le nombre d'atomes de carbone de chacun des trois ponts séparés par des points. On numérote les atomes du cycle à partir d'une tête de pont en numérotant en premier la chaine la plus longue conduisant à l'autre tête de pont, on continue en numérotant la chaine moyenne en revenant vers la première tête de pont puis on termine par la plus courte.

• 
  Bicyclo[4.4.0]décane ou décaline.
• 
  Bicyclo[2.2.1]heptane ou norbornane.
• 
  Bicyclo[3.2.1]-octane.

Hydrocarbures insaturés

On parle d'hydrocarbure insaturé lorsque certaines liaisons entre les atomes de carbone du squelette carboné sont doubles ou même triples, les autres étant simples.

Alcènes

Formule brute de la forme C_nH_2n pour les chaines portant une seule double liaison (pour plusieurs doubles liaisons cette formule n'est pas utilisable).

Les alcènes contiennent au moins une liaison C-C double. Le nom d'un alcène est calqué sur celui des alcanes : le suffixe -ane est remplacé par le suffixe -ène et la position de la double liaison doit être précédée d'un indice de position le plus bas pour le premier carbone de la liaison. Les hydrocarbures portant deux doubles liaisons sont appelés « alcadiènes ».

Exemples

CH₃-CH₂CH=CH₂ but-1-ène

CH₃CH=CHCH₂CH=CHCH₃ hepta-2,5-diène

Groupes dérivés des alcènes

• Groupes alcényle
  • CH₂=CH- éthényle ou vinyle
  • CH₂=CH-CH₂- prop-2-ényle ou allyle
• Groupes alkylidène
  • CH₃CH=O éthylidène
• Groupes alkylène : groupes divalents dérivés des alcanes par élimination d'un hydrogène à chaque extrémité de la chaine
  • CH₂- méthylène
  • CH2=CH- vinylène

Alcynes

Les alcynes contiennent au moins une liaison C-C triple. Le nom d'un alcyne est obtenu à partir du nom de l'alcane en remplaçant le suffixe -ane par le suffixe -yne. La numérotation des carbones s'effectue de la même façon que pour les alcènes.

Exemples d'alcènes et d'alcynes

Hydrocarbures aromatiques

Les plus courants sont en général dérivés du benzène.

Hydrocarbures désignés par un nom trivial

Exemples :

• 
  Toluène ou méthylbenzène.
• 
  Cumène ou isopropylbenzène.
• 
  Styrène ou vinylbenzène.

Cas des dérivés du benzène disubstitué

• En position 1,2 position ortho (o).
• En position 1,3 position méta (m).
• En position 1,4 position para (p).

Exemples : o-dichlorobenzène, p-bromotoluène.

Les hydrocarbures aromatiques forment des groupes aryle :

Divers groupes aryle : phényle, benzyle, p-tolyle, o-xylyle (de gauche à droite).

Hydrocarbures aromatiques polycycliques

Exemples d'hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) connus :

• 
  Naphtalène.
• 
  Anthracène.
• 
  Phénanthrène.

Dérivés fonctionnels des hydrocarbures

Les fonctions organiques sont signalées dans la composition du nom d'un dérivé polyfonctionnel d'hydrocarbure soit par un préfixe soit par un suffixe.

• La fonction principale est en suffixe.
• Toutes les autres fonctions sont en préfixe selon une hiérarchie définie.

Fonctions organiques toujours signalées en préfixe

Fonction	Préfixe
-Br	bromo
-Cl	chloro
-N=N-	diazo
CH3CH2O-	éthoxy
-F	fluoro
-I	iodo
CH3O-	méthoxy
-NO2	nitro
-NO	nitroso

Voir le Tableau 9^[3] « Groupes caractéristiques désignés uniquement par des préfixes en nomenclature substitutive » dans la section R-4.1 de la Nomenclature IUPAC en anglais.

Principales fonctions organiques classées par ordre de priorité décroissante

Formule de trois esters carboxyliques simples.

Fonction	Si prioritaire	Si non prioritaire
	→ suffixe	→ préfixe
Acide carboxylique	-oïque	---
Sel d'acide	-oate	---
Halogénure d'acyle	-oyle	---
Nitrile	-nitrile	---
Aldéhyde	-al	-no -oxo…
Cétone	-no -one	-no -oxo…
Alcool	-no -ol	-no -hydroxy…
Amine	-no -amine	-no -amino…

• Cas où l'atome de carbone portant la fonction ne fait pas partie de la chaîne principale

Fonction	Si prioritaire	Si non prioritaire
	→ suffixe	→ préfixe
Acide carboxylique	-carboxylique	-no -carboxy…
Sel d'acide	-carboxylate	---
Halogénure d'acyle	-carbonyle	-no -halogénocarbonyl (*)
Nitrile	-carbonitrile	-no -cyano…
Aldéhyde	-carbaldéhyde	-no -formyl…

(*) Halogénocarbonyl- remplace halogénoformyl- qui était employé dans l'édition 1979 de la nomenclature IUPAC (cf. les liens externes).

Voir le Tableau 5^[4] « Suffixes et préfixes pour quelques groupes caractéristiques importants en nomenclature substitutive » et le Tableau 10^[5] « Classes générales de composés rangés par ordre de priorité décroissante pour le choix et la dénomination d'un groupe caractéristique principal » dans la section R-4.1 de la Nomenclature IUPAC en anglais.

Exemples

Pour la méthode d'attribution du nom, voir « Nom d'une molécule ».

Pour nommer la chaîne principale, voir « Noms des hydrocarbures ».

On attribue l'indice de position le plus petit au carbone du (ou portant le) groupe prioritaire.
Ce groupe, désigné par un suffixe, porte le nom de groupe principal.

Les suffixes d’insaturation (C=C et C≡C) ne sont pas prioritaires devant les autres suffixes.

Les groupes non prioritaires sont désignés par des préfixes.

Les groupes en préfixe sont placés dans l'ordre alphabétique dans le nom de la molécule.

Le nom de la molécule se forme alors de la façon suivante :

Préfixes + Chaîne principale + Suffixes d'insaturation + Suffixe du groupe principal

Les ouvrages consultés sont en référence^{[6],[7],[8],[9]}.

• H₃C-CHOH-CH₂-CH₃

La chaîne principale présente quatre atomes de carbone >> Hydrocarbure saturé correspondant : butane

Groupe	Formule	Suffixe	Préfixe	Indice de position
Prioritaire	-OH (alcools)	-ol		2

Nom de la molécule : butan-2-ol

• CHCl₂-C(CH₃)₂-C(=O)-CHOH-COOH

La chaîne principale présente cinq atomes de carbone >> Hydrocarbure saturé correspondant : pentane

Groupe	Formule	Suffixe	Préfixe	Indice de position
Prioritaire	-COOH (acides carboxyliques)	-oïque		1
Non prioritaire	-OH (alcools)		hydroxy-	2
Non prioritaire	-C(=O)- (cétones R-CO-R’)		oxo-	3
Toujours désigné par un préfixe	-Cl (nombre : 2)		chloro- dichloro-	5 et 5
Ramification	-CH3 (nombre : 2)		méthyl- diméthyl-	4 et 4

Les groupes en préfixe sont placés dans l’ordre alphabétique ; les préfixes multiplicatifs (préfixes numériques di-, tri-, tétra-, etc.) ne modifient pas l'ordre alphabétique établi.

Nom de la molécule: acide 5,5-dichloro-2-hydroxy-4,4-diméthyl-3-oxopentanoïque

• H₃C-CH₂-C(CH₃)=CH-CH₂-C≡N

La chaîne principale présente six atomes de carbone >> Hydrocarbure saturé correspondant : hexane

Groupe	Formule	Suffixe	Préfixe	Indice de position
Prioritaire	-C≡N (nitriles)	-nitrile		1
Insaturation	>C=C< (alcènes)	-ène (se substitue au -ane de l'hydrocarbure saturé)		3
Ramification	-CH3		méthyl-	4

Nom de la molécule : 4-méthylhex-3-ènenitrile

• HO-CH₂-CHOH-CH₂-CH₂OH

La chaîne principale présente quatre atomes de carbone >> Hydrocarbure saturé correspondant : butane

Groupe	Formule	Suffixe	Préfixe	Indice de position
Prioritaire	-OH (nombre : 3)	-ol -triol		1, 2 et 4

Indices de position : 1, 2, 4 (numérotation de gauche à droite) et 1, 3, 4 (numérotation de droite à gauche) ; l'ensemble des indices doit être le plus petit possible : cet ensemble est celui qui comporte l'indice le plus bas dès qu'il apparaît une différence.

Nom de la molécule : butane-1, 2, 4-triol

• O=-COOH

La chaîne principale est un cycloalcane à cinq atomes de carbone >> cyclopentane

Groupe	Formule	Suffixe	Préfixe	Indice de position
Prioritaire	-COOH	-carboxylique (le C du groupe ne fait pas partie de la chaîne principale)		1
Non prioritaire	O=(C)< (cétones) le C est un carbone du cycle		oxo-	3

Nom de la molécule : acide 3-oxocyclopentane-1-carboxylique

Enseignement

En France

L'enseignement de la nomenclature des composés organiques commence en première.

En première générale spécialité physique-chimie

Les élèves apprennent à nommer les alcanes ainsi que les ramifications alkyle. Ils apprennent aussi à identifier les groupes caractéristiques hydroxyle, carbonyle et carboxyle puis à nommer leurs familles fonctionnelles correspondantes : respectivement les alcools, les aldéhydes/les cétones et les acides carboxyliques^[10].

En terminale générale spécialité physique-chimie

Les élèves apprennent à nommer les familles fonctionnelles : esters, halogénoalcanes, amine et amide ainsi qu'à identifier les groupes caractéristiques correspondants^[11].