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Première spécialité · Physique-chimie · Constitution et transformations de la matière · Chapitre 8

Structure des espèces organiques

Fiche de cours5 min de lecturePar Robin RinguetMise à jour : octobre 2026

1Écrire la formule d’une espèce organique

Définition. Une espèce organique est une espèce chimique dont les molécules possèdent un squelette carboné : un enchaînement d’atomes de carbone, auxquels s’ajoutent essentiellement H\ce{H}, O\ce{O}, N\ce{N}. Dans une molécule, chaque atome respecte sa valence : C\ce{C} forme 4 liaisons, N\ce{N} 3, O\ce{O} 2, H\ce{H} 1.

Notation. Trois écritures pour une même molécule : la formule brute (CX3HX8O\ce{C3H8O}) donne le nombre d’atomes de chaque élément ; la formule développée représente toutes les liaisons ; la formule semi-développée (CHX3−CHX2−CHX2−OH\ce{CH3-CH2-CH2-OH}) ne représente pas les liaisons C−H\ce{C-H} et O−H\ce{O-H}. Écrite sur une ligne, elle condense souvent les groupes contenant la liaison C=O\ce{C=O} : −CHO\ce{-CHO}, −CO−\ce{-CO-}, −COOH\ce{-COOH}.

Définition. Un squelette carboné est saturé s’il ne comporte que des liaisons simples C−C\ce{C-C} ; il est linéaire si aucun atome de carbone n’est lié à plus de deux autres carbones, ramifié sinon. Un alcane est une molécule ne contenant que du carbone et de l’hydrogène, à chaîne saturée ; s’il n’est pas cyclique, sa formule brute est CXnHX2n+2\ce{C_{$n$}H_{$2n+2$}}.

Définition. Deux isomères de constitution ont la même formule brute mais des enchaînements d’atomes différents ; ce sont des espèces différentes, aux propriétés différentes (température d’ébullition, famille…).

2Groupes caractéristiques et familles

Définition. Un groupe caractéristique est un groupe d’atomes qui confère à la molécule ses propriétés chimiques ; il définit la famille de l’espèce. On note R\ce{R} le reste de la chaîne carbonée.

FamilleGroupe caractéristiqueÉcritureTerminaisonExemple
alcoolhydroxyle −OH\ce{-OH}R−OH\ce{R-OH}-an-nn-olpropan-2-ol
aldéhydecarbonyle en bout de chaîneR−CHO\ce{R-CHO}-analpropanal
cétonecarbonyle dans la chaîneR−CO−R\ce{R-CO-R}′'-an-nn-onepropanone
acide carboxyliquecarboxyle −COOH\ce{-COOH}R−COOH\ce{R-COOH}acide …-anoïqueacide propanoïque

Remarque. Le groupe carbonyle C=O\ce{C=O} est commun aux aldéhydes et aux cétones : c’est sa position dans la chaîne qui distingue les deux familles.

3Nommer une molécule

Méthode — nomenclature. 1. Repérer le groupe caractéristique et choisir la chaîne principale : la plus longue chaîne carbonée qui le contient. Son nombre d’atomes de carbone donne le radical : méth- (1), éth- (2), prop- (3), but- (4), pent- (5), hex- (6). 2. Numéroter cette chaîne de façon à donner l’indice le plus petit au groupe caractéristique (le carbone d’un groupe −CHO\ce{-CHO} ou −COOH\ce{-COOH} porte toujours le no 1) ; à défaut de groupe, aux ramifications. 3. Nommer les ramifications avec leur indice (méthyl −CHX3\ce{-CH3}, éthyl −CX2HX5\ce{-C2H5}), rangées par ordre alphabétique et précédées de di-, tri- si elles se répètent. 4. Assembler : ramifications ++ radical ++ terminaison de la famille.

4Spectroscopie infrarouge

Définition. Un spectre infrarouge donne la transmittance TT (en %{\%}) de l’échantillon en fonction du nombre d’onde σ=1λ\sigma=\dfrac{1}{\lambda}, exprimé en cm−1{\mathrm{cm}^{-1}} et porté en abscisse de droite à gauche. Une bande d’absorption est un minimum marqué de TT : le pourcentage de rayonnement absorbé y vaut 100−T100-T.

Propriété. Chaque bande est due à la vibration d’un type de liaison : une table de données permet de l’attribuer, donc d’identifier les groupes caractéristiques présents et la famille de l’espèce. L’infrarouge ne donne pas la formule complète : il faut croiser avec d’autres informations (formule brute, masse molaire).

DonnéesTable de bandes d’absorption infrarouge
Liaisonσ\sigma (cm−1{\mathrm{cm}^{-1}})Liaisonσ\sigma (cm−1{\mathrm{cm}^{-1}})
O−H\ce{O-H} libre (alcool)3580 – 3670, fineC−H\ce{C-H} (C tétraédrique)2800 – 3000
O−H\ce{O-H} lié (alcool)3200 – 3400, largeC−H\ce{C-H} du groupe −CHO\ce{-CHO}2650 – 2850, 2 bandes
O−H\ce{O-H} (acide)2500 – 3200, très largeC=O\ce{C=O}1650 – 1750, forte et fine

5Savoir-faire du chapitre

Savoir-faire
  • Passer d’une formule développée à une formule semi-développée, puis à une formule brute.
  • Reconnaître une chaîne carbonée saturée, linéaire ou ramifiée ; repérer des isomères de constitution.
  • Identifier un groupe caractéristique et en déduire la famille de l’espèce.
  • Nommer une molécule d’après sa formule, et écrire la formule semi-développée d’après un nom.
  • Exploiter un spectre infrarouge à l’aide d’une table pour identifier une famille ou une espèce.

6Exemples types

Exemplede la formule au nom

Nommer CHX3−CH(CHX3)−CHX2−CHX2−OH\ce{CH3-CH(CH3)-CH2-CH2-OH}. Le groupe −OH\ce{-OH} indique un alcool. La plus longue chaîne qui le contient compte 4 carbones : radical but-. En numérotant à partir du carbone portant −OH\ce{-OH}, le groupe a l’indice 1 et la ramification méthyl l’indice 3. D’où : 3-méthylbutan-1-ol, de formule brute CX5HX12O\ce{C5H12O}.

Exempledu nom à la formule

La 4-méthylpentan-2-one : chaîne principale de 5 carbones (pent-), groupe carbonyle sur le carbone no 2, ramification méthyl sur le no 4. Formule semi-développée : CHX3−CO−CHX2−CH(CHX3)−CHX3\ce{CH3-CO-CH2-CH(CH3)-CH3}, formule brute CX6HX12O\ce{C6H12O}.

Exempleisomères

La formule brute CX4HX10O\ce{C4H10O} correspond à quatre alcools isomères : butan-1-ol et butan-2-ol (chaîne linéaire), 2-méthylpropan-1-ol et 2-méthylpropan-2-ol (chaîne ramifiée). Ils ont la même formule brute mais des températures d’ébullition différentes.

Exemplelecture d’un spectre IR

Un spectre présente une bande très large de 2 500{2\,500} à 3 200 cm−1{3\,200\,\mathrm{cm}^{-1}} et une bande forte et fine à 1 710 cm−1{1\,710\,\mathrm{cm}^{-1}}. La seconde révèle une liaison C=O\ce{C=O}, la première un groupe O−H\ce{O-H} d’acide : l’espèce est un acide carboxylique. Au minimum de la bande à 1 710 cm−1{1\,710\,\mathrm{cm}^{-1}}, si T=8%T={8\%}, l’échantillon absorbe 92%{92\%} du rayonnement reçu ; la longueur d’onde correspondante est λ=1/σ=5,85 µm\lambda=1/\sigma={5{,}85\,\mathrm{\text{µ}m}}.

Pièges
  • Choisir comme chaîne principale la chaîne écrite horizontalement : c’est la plus longue chaîne contenant le groupe caractéristique, quel que soit le dessin.
  • Numéroter par le mauvais bout : l’indice du groupe caractéristique doit être le plus petit possible (le nom 2-méthylbutan-3-ol est incorrect, il s’agit du 3-méthylbutan-2-ol).
  • Confondre aldéhyde et cétone : le groupe −CHO\ce{-CHO} est en bout de chaîne, le groupe −CO−\ce{-CO-} entre deux carbones.
  • Oublier de vérifier la valence : chaque carbone d’une formule développée doit porter exactement 4 liaisons.
  • Conclure d’une bande vers 3 300 cm−1{3\,300\,\mathrm{cm}^{-1}} qu’il y a un acide : une bande large vers 3 300 cm−1{3\,300\,\mathrm{cm}^{-1}} (ou fine vers 3 600 cm−1{3\,600\,\mathrm{cm}^{-1}}) signe un alcool ; l’acide absorbe beaucoup plus bas (2 500{2\,500}–3 200 cm−1{3\,200\,\mathrm{cm}^{-1}}) et possède aussi une bande C=O\ce{C=O}.

Exercices, contrôles et sujets

Les énoncés sont en accès libre, à télécharger en PDF.

1

Exercices de base

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Les bases : formules, familles, nomenclature, isomérie, spectre infrarouge

6 exercicesniveau Difficulté 1 sur 3durée conseillée : 1 h 30calculatrice autorisée

  1. Trois écritures d’une même moléculeDifficulté 1 sur 3
  2. Compléter avec les atomes d’hydrogèneDifficulté 1 sur 3
  3. Groupes caractéristiques, familles et nomsDifficulté 2 sur 3
  4. Nommer des alcanes ramifiésDifficulté 2 sur 3
  5. Du nom à la formuleDifficulté 2 sur 3
  6. Lire un spectre infrarougeDifficulté 2 sur 3
2

Exercices d'application

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Application : arômes, carburants, suivi d’une oxydation et identification par spectroscopie infrarouge

4 exercicesniveau Difficulté 2 sur 3durée conseillée : 2 hcalculatrice autorisée

  1. Odeurs de beurre et de fromageDifficulté 2 sur 3
  2. Les isomères de l’hexane dans l’essenceDifficulté 2 sur 3
  3. Des notes vertes : de l’hexan-1-ol à l’hexanalDifficulté 2 sur 3
  4. L’éther des anesthésistesDifficulté 2 sur 3
3

Contrôle A

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Formules, familles, nomenclature, isomérie et spectroscopie infrarouge

Durée : 1 hcalculatrice autorisée4 exercices indépendantsbarème sur 20

  1. Questions à choix multiples5 ptsDifficulté 1 sur 3
  2. L’acétone du dissolvant7 ptsDifficulté 2 sur 3
  3. Nommer et représenter5 ptsDifficulté 2 sur 3
  4. Deux flacons, deux spectres3 ptsDifficulté 2 sur 3
4

Contrôle B

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Glycérol, acide lactique et identification d’une espèce inconnue

Durée : 1 hcalculatrice autorisée4 exercices indépendantsbarème sur 20

  1. Vrai ou faux ?4 ptsDifficulté 2 sur 3
  2. Le glycérol, de la crème hydratante à l’autobronzant5 ptsDifficulté 2 sur 3
  3. L’acide lactique5 ptsDifficulté 2 sur 3
  4. Une étiquette incomplète6 ptsDifficulté 3 sur 3
5

Approfondissement

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Isooctane, dénombrement d’isomères, formules générales, modèle du ressort, suivi quantitatif par infrarouge

6 exercicesniveau Difficulté 3 sur 3durée conseillée : 3 hcalculatrice autorisée

  1. L’isooctane et l’indice d’octaneDifficulté 3 sur 3
  2. Dénombrer les isomères de façon méthodiqueDifficulté 3 sur 3
  3. Formules brutes générales et analyse élémentaireDifficulté 3 sur 3
  4. Le modèle du ressort (hors programme — pour aller plus loin)Difficulté 3 sur 3
  5. Des noms mal construitsDifficulté 2 sur 3
  6. Suivi quantitatif par infrarouge (hors programme — pour aller plus loin)Difficulté 3 sur 3
6

Devoir bilan

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Synthèse des chapitres 1 à 8

Durée : 1 h 30calculatrice autorisée3 exercices indépendantsbarème sur 20

  1. Le méthanal de l’air intérieur7 ptsDifficulté 2 sur 3
  2. Le propan-2-ol, un désinfectant6 ptsDifficulté 2 sur 3
  3. Du vin au vinaigre7 ptsDifficulté 2 sur 3

Première · Physique-chimie : les 18 chapitres

  1. Composition d’un système
  2. Absorbance et dosage par étalonnage
  3. Réactions d’oxydoréduction
  4. Avancement d’une réaction
  5. Titrages colorimétriques
  6. Structure des entités : Lewis, géométrie, polarité
  7. Cohésion de la matière, solubilité, extraction, savons
  8. Structure des espèces organiques
  9. Synthèses organiques
  10. Combustions et énergie chimique
  11. Interactions fondamentales et champs
  12. Fluide au repos
  13. Mouvement d’un système
  14. Énergie électrique
  15. Énergie mécanique
  16. Ondes mécaniques
  17. Lentilles minces, images et couleurs
  18. Modèles ondulatoire et particulaire de la lumière