CHIMIE La nomenclature chimique

Nomenclature binaire

Elle est fondée sur la stœchiométrie et concerne essentiellement les composés inorganiques. Elle distingue la partie positive et la partie négative de la molécule, en utilisant les termes électropositif et électronégatif, bien que ce ne soit pas une notion très rigoureuse. On construit alors le nom en combinant celui de la partie positive et celui de la partie négative, éventuellement affectés de préfixes multiplicatifs. Ces parties peuvent être des éléments, des radicaux, des groupes fonctionnels, des ions ou des molécules.

Le nom de la partie électropositive est celui de l'élément, d'un cation polyatomique, ou d'un groupe porteur d'un nom reconnu. Ex. : NaBr, bromure de sodium ; OF₂, difluorure d'oxygène ; NH₄Cl, chlorure d'ammonium ; UO₂Cl₂, dichlorure d'uranyle. En anglais, on cite d'abord l'élément électropositif (sodium bromide), mais, dans les deux cas, c'est l'élément électropositif qui est mis en valeur. L'hydrogène est toujours cité en dernier parmi les cations. S'il y a plus d'un constituant électropositif, on prend l'ordre alphabétique (KMgCl₃, chlorure de magnésium et de potassium). Lorsque les noms deviennent plus complexes, on recommande souvent une nomenclature proche de la nomenclature officielle en anglais, voire directement le nom anglais, afin de le retrouver plus facilement dans les bases de données. Dans les catalogues de produits chimiques, le nom anglais est le plus sûr moyen de trouver le composé recherché, mais le nom français, et parfois le nom trivial, figurent souvent. Ainsi le composé AlK(SO₄)₂ • 12H₂O, sulfate d'aluminium et de potassium dodécahydraté, se trouve-t-il aussi sous le nom aluminium potassium bis(sulfate)-water 1/12, ainsi que sous la dénomination alun de potasse.

On trouve encore des noms de cations construits selon la méthode de la nomenclature substitutive (voir plus loin), en particulier lorsqu'un ou plusieurs ions H⁺ sont ajoutés à l'élément ; on a alors la terminaison -onium : PH₄⁺, phosphonium ; H₃O⁺, oxonium ; H₃S⁺, sulfonium ; NH₄⁺, ammonium. Pour des cations plus complexes, on utilisera la nomenclature de coordination (voir plus loin).

Le nom de la partie électronégative est, pour les anions monoatomiques, le nom de l'élément suivi de la terminaison -ure, qui indique qu'il s'agit d'un anion (la désinence officielle de l'I.U.P.A.C. est -ide) : NaBr, bromure de sodium (sodium bromide). S'il y a plusieurs constituants électronégatifs, on les place dans l'ordre alphabétique. Pour les anions de plusieurs atomes, les noms sont construits de diverses façons. S'il s'agit du même anion, on utilise les préfixes multiplicatifs di-, tri- (BF₃, trifluorure de bore), tétra-, penta-, hexa-, hepta-, octa-, nona-, déca-, undéca-, dodéca-, tridéca- (pour 13), etc., icosa- (pour 20), hénicosa- (pour 21), docosa- (pour 22), etc., triaconta- (pour 30), etc., tétraconta- (pour 40), etc., hecta- (pour 100), etc. Quelques noms triviaux sont toujours en usage : O₂^—, superoxyde ; O₂^2—, peroxyde, N₃^—, azoture. Mais en règle générale on utilise la terminaison -ate, caractéristique en particulier des anions d'acides oxygénés : SO₄^2—, sulfate ; PO₄^3—,phosphate ; NO₃^2—, nitrate ; etc. La désinence -ate est aussi utilisée quand des H⁺ sont enlevés d'un OH, comme pour les alcools (CH₃O^—, méthanolate), ainsi que lorsque l'anion est obtenu par addition d'un H^– (BH₄^–, tétrahydroborate). Les sels contenant un hydrogène acide associent le mot hydrogéno à celui de l'anion : NaHCO₃, hydrogénocarbonate de sodium ; K₂HPO₄, hydrogénophosphate de dipotassium. Reconnaissons que la nomenclature officielle anglaise de l'I.U.P.A.C. est souvent plus rationnelle que la formulation française, et convient mieux à l'exploitation de bases de données. Par exemple, en anglais on nomme toujours les cations avant les anions, l'ordre alphabétique est respecté, il n'y a pas d'article et les divers éléments sont simplement juxtaposés : Ca₅F(PO)₃, pentacalcium fluoride tris(phosphate), en français fluorotriphosphate de pentacalcium.

On peut enfin avoir des substituants dérivés de composés organiques ; on les nomme en ajoutant au nom du composé la terminaison -yl, selon la nomenclature substitutive : SiH₃^—, silyl ; CH₃^—, méthyl. En chimie inorganique, certains substituants conservent leur nom vulgaire, d'usage très courant : OH, hydroxyl ; CO, carbonyl ; SO₂, sulfonyl. (Noter qu'on écrit hydroxyl dans un nom chimique, mais qu'on parle du résidu hydroxyle.) De même, pour des composés très complexes, les noms triviaux restent encore en usage.

Nomenclature de coordination

Noms

Ils sont construits comme les formules. En anglais, on écrit le nom de l'atome central, puis celui des ligands par ordre alphabétique, sans tenir compte de leur charge. En français, on commence par les ligands et on termine par l'atome central précédé de « de ». On indique les nombres de charge et de degré d'oxydation comme d'habitude. Les préfixes numériques utilisés sont les mêmes que ceux indiqués ci-dessus, et on met entre parenthèses l'entité à laquelle ils se rapportent.

Quand l'anion correspondant à un ligand se termine en -ure, -ite ou -ate, les noms des ligands anioniques s'obtiennent en remplaçant le « e » par un « o ». On a toutefois des exceptions, et les halogénures sont abrégés : chlorure donne chloro- ; l'hydrogène comme ligand est considéré comme un anion et se nomme hydrure (tabl. 1). Les noms des éléments neutres et des cations ne sont pas modifiés. L'eau H₂O est désignée par aquo- et l'ammoniac NH₃ par ammino-. Les noms des ligands sont mis entre parenthèses, et le composé de coordination entre crochets. Pour les noms complexes, on adopte la nomenclature officielle anglaise de l'I.U.P.A.C., mais on garde l'appellation chlorure de pour désigner un anion d'un sel ou de sodium si c'est la partie cation. Exemples : K₄[Fe(CN)₆], hexacyanoferrate(II) de potassium ; [Co(NH₃)₆]Cl₃, chlorure de l'hexaammine de cobalt(III). Il faut distinguer « chlorure » qui indique que c'est un sel du composé de coordination, de « chloro » qui indique que c'est un chlore à l'intérieur du composé d'insertion. Exemple : [CoCl(NO₂)(NH₃)₄]Cl, chlorure du tétraamminechloronitro-N-cobalt(III). En anglais, le cation est premier et l'anion dernier, mais c'est le contraire en français. Exemple : [Co(H₂O)₂(NH₃)₄]Cl₃, chlorure du tétraamminediaquocobalt(III), en anglais tetraamminediaquocobalt(III) chloride.

On peut introduire des renseignements structuraux de stéréochimie (isomères cis et trans, par exemple). Les composés de coordination peuvent devenir très complexes, avec des ligands appelés « polydentates », c'est-à-dire qui s'attachent plusieurs fois à l'atome central. Il faut alors introduire des règles supplémentaires, que l'on trouvera dans l'ouvrage de l'I.U.P.A.C. Nomenclature en chimie inorganique.

Nomenclature substitutive

C'est la nomenclature utilisée en chimie organique. Elle est fondée sur le nom d'un composé de base, que l'on substitue. Une molécule organique se compose d'un squelette hydrocarboné ne comportant que du carbone et de l'hydrogène appelé hydrocarbure, et de groupes fonctionnels. Dans un nom substitutif, le nom du squelette hydrocarboné est associé à des préfixes et des suffixes correspondant aux groupements fonctionnels et aux caractéristiques structurales, en particulier la géométrie de la molécule. L'ordre est préfixes/squelette/suffixes. Si c'est un atome autre que l'hydrogène que l'on échange, l'opération s'appelle un remplacement, et on parle de nomenclature de remplacement.

Squelettes hydrocarbonés

Les alcanes sont des hydrocarbures acycliques de formule générale C_nH_2n+2, où la chaîne carbonée peut être linéaire ou ramifiée. Une chaîne linéaire est composée de groupes –CH₂- avec deux groupes CH₃ terminaux, alors qu'une chaîne ramifiée possède au moins un atome de carbone lié à plus de deux autres carbones. Les noms des quatre premiers alcanes linéaires, méthane (CH₄), éthane (CH₃-CH₃), propane (CH₃-CH₂-CH₃) et butane (CH₃-CH₂-CH₂-CH₃), ont été adoptés officiellement par la Conférence de Genève de 1892. Pour les membres suivants, on prend la terminaison -ane précédée des préfixes multiplicatifs penta-, hexa-, hepta-, etc. (fig. 2). Ces noms sont très importants, puisque ce sont les noms des squelettes de base utilisés pour la nomenclature substitutive.

Pour les alcanes branchés (ou ramifiés), on identifie la chaîne principale (la plus longue), définit le nom de chaque chaîne latérale et détermine sa position en prenant les numéros ou indices de plus faible valeur, et choisit si besoin les préfixes multiplicatifs adéquats. On choisit une numérotation telle que le branchement se fasse sur l'indice de plus faible valeur. Les noms des groupements correspondant aux chaînes carbonées se font en remplaçant la terminaison -ane par -yl. Quelques noms semi-triviaux facilitent les choses : (CH₃)₂CH-, isopropyl ; (CH₃)₂CH-CH₂-, isobutyl ; CH₃-CH₂-CH(CH₃)-, sec-butyl ; (CH₃)₃C-, tert-butyl ; (CH₃)₂CH-CH₂-CH₂-, isopentyl ; CH₃-CH₂-C(CH₃)₂-, tert-pentyl ; (CH₃)₃C-CH₂-, néopentyl. Les indices précèdent immédiatement les préfixe ou suffixes qui les concernent et qui sont cités par ordre alphabétique, et non selon les indices croissants. Si le branchement est lui-même ramifié, on met son nom entre parenthèses.

En présence d'insaturations, on remplace le suffixe -ane de l'hydrocarbure saturé par -ène pour une double liaison et -yne pour une triple liaison. On indique l'emplacement de la liaison par son indice. S'il y a plusieurs insaturations, on utilise les préfixes multiplicatifs. Exemples : CH₂=CH₂, éthène ; CH₂=CH-CH₂-CH₃, but-1-ène ; CH₂=CH-CH=CH₂, buta-1,3-diène ; HC≡CH, éthyne (ou acéthylène, nom trivial) ; HC≡C-CH₃, propyne. Les radicaux sont faits en attachant le suffixe -yl au nom correspondant : -CH₂-CH₂-CH≡CH-CH₃ pent-3-ène-1-yl, le point d'attachement portant le numéro 1.

Les hydrocarbures cycliques se partagent en carbocycles (cycles uniquement composé de carbones) et hétérocycles (présence d'autres atomes comme N, O), et en saturés (sans liaisons multiples) ou pas. Ils portent le préfixe cyclo- (fig. 2). Il existe une cinquantaine de noms triviaux pour les désigner (benzène, pyridine, pyrrole, furane, thiophène, dihydrofurane, etc.). Lorsqu'on part de noyaux insaturés, le préfixe hydro- est utilisé pour indiquer l'addition d'un atome d'hydrogène ; pour saturer une liaison il faut en ajouter deux, on dit alors dihydro- ; pour en saturer deux il faudra quatre hydrogènes, d'où le préfixe tétrahydro-. Lorsqu'il y a plusieurs cycles, on ajoute les préfixes bicyclo-, tricyclo-, etc. (fig. 2) ; ils peuvent être pontés, adjacents ou spiro- (avec un sommet commun). Des numéros indiquent les jonctions entre cycles. Certains préfixes désignent un cycle, comme benzo- pour un benzène. Les radicaux se bâtissent avec le suffixe -yl : cyclopentyl, phényl. Pour les hétérocycles, on utilise des préfixes indiquant les hétéroatomes : oxa- pour –O-, thia- pour –S-, aza- pour –N-, phospha- pour –P-, etc.

Composés fonctionnalisés

On appelle fonctions les groupements de la chimie organique. Elles peuvent être un seul atome : -Cl ; un hétéroatome portant un hydrogène ou d'autres hétéroatomes : -OH, -NH₂, -SO₃H ; un hétéroatome attaché à un carbone ou portant un carbone : -CHO, -C≡N, -N=C=O. Elles sont attachées à une chaîne carbonée, et leurs noms sont des préfixes ou des suffixes. S'il n'y a qu'une fonction, elle sera un suffixe. Sinon, on choisit une fonction principale et en suffixe, les autres seront des préfixes. Certains groupes sont toujours des préfixes : F, fluoro- ; Cl, chloro- ; Br, bromo- ; I, iodo- ; O-R (éther), R-oxy- ; S-R (thioéther), R-thio- ; NO₂, nitro- ; NO, nitroso-. Les autres sont donnés dans le tableau 2, où les fonctions sont classées dans l'ordre de choix des fonctions principales. Pour les ions et les radicaux, le nom dépend de la façon dont l'entité est obtenue (tabl. 3). S'il y a plusieurs préfixes, ils sont cités par ordre alphabétique, et avec les indices les plus bas : BrF₂C-CC1FI, l-bromo-2-chloro-1,1,2-trifluoro-2-iodoéthane.

Il y a des cas où la nomenclature substitutive, qui demande que l'on choisisse une fonction comme groupe principal, mis alors en suffixe, ne convient pas pour nommer le produit, car lorsqu'on choisit les sels, les esters, les halogénures d'acyle, les anhydrides, on ne peut les mettre en suffixes. On utilise alors une nomenclature binaire, qui juxtapose deux termes, comme en chimie minérale (fig. 3).

Nomenclature en chimie du vivant

C'est la nomenclature systématique, mais cette chimie est particulièrement riche en noms triviaux, puisqu'elle a suscité beaucoup d'intérêt avant que la nomenclature ne soit fixée. Le « livre blanc » de l'I.U.P.A.C. en donne tous les détails.

Les sucres sont des polyalcools (polyols) oxydés. Leur nom se termine par le suffixe -ose, et on peut préciser -aldose ou -cétose selon que la fonction oxydée est un aldéhyde ou une cétone. L'infixe multiplicatif habituel donne le nombre de carbones de la molécule : -pentose, -hexose, etc. Les sucres de C₃ à C₆ ont des noms triviaux (glycéraldéhyde, thréose, ribose, et, en C₆, glucose et fructose). La forme linéaire est en équilibre avec deux formes cycliques, qui sont des hémiacétals appelés á ou â selon que la fonction OH est en dessous ou au-dessus du plan du cycle. On peut ajouter le suffixe -pyranose s'il s'agit d'un cycle à six atomes, -furanose pour cinq atomes, mais cette précision est souvent omise. Les résidus sont appelés glycosyle (glucosyl, mannosyl, etc.). On applique aux noms triviaux des sucres la nomenclature classique, avec les suffixes habituels pour désigner les substitutions : -amino, -bromo. Si c'est un OH en position 2 que l'on remplace par une amine, par exemple, on dira 2-amino-2-désoxy-â-D-glucose ; désoxy- signifie que l'on a enlevé un oxygène.

Pour les di- et polysaccharides, où une liaison étheroxyde est créée entre les sucres successifs, on met en préfixe le nom du sucre suivant, comme pour le lactose (disaccharide du lait) nommé â-D-galactosyl (1→4)-á-D-glucose, composé d'un galactose lié en â par son carbone en position 1, au carbone 4 du glucose (1→4), qui a conservé sa fonction aldéhyde potentielle (-ose). Si les deux résidus glycosyle sont liés par le carbone porteur de la fonction aldéhyde, le disaccharide résultant ne s'appellera plus -ose, mais -oside, car il n'aura plus de fonction aldéhyde potentielle.

Les acides aminés, de formule H₂N-CHR-COOH, sont des composés organiques et suivent la même nomenclature. On appelle essentiels les vingt acides aminés que l'on trouve dans le monde vivant. Ils ont des noms triviaux, et peuvent être désignés par une abréviation de trois lettres ou d'une lettre (tabl. 4). En liant deux acides aminés par une fonction amide entre l'acide du premier et l'amine du second, on crée un dipeptide, en ajoutant de la même façon un troisième acide aminé, on aura un tripeptide, etc. Jusqu'à environ cinquante unités, on parle de peptides, au-delà, de protéines.

Il y a plusieurs types de lipides, les principaux étant les esters d'acides gras et du glycérol, CH₂OH-CHOH-CH₂OH, de la sphinganine, CH₂OH-CHNH₂-CHOH-CH₂(CH₂)₁₃-CH₃, les phospholipides où le glycérol est estérifié en position 1 par une molécule d'acide phosphorique, et les stéroïdes.

Les acides gras sont des acides contenant au moins une dizaine d'atomes de carbone. Ils peuvent être décrits par la nomenclature classique : acide hexadécanoïque (C₁₆) pour CH₃-(CH₂)₁₄-COOH, mais ont aussi des noms triviaux, comme acide palmitique pour l'acide en C₁₆. Les esters du glycérol se nomment monoacylglycérol, diacylglycérol, triacylglycérol.

Les stéroïdes dérivent du système tétracyclique du cyclopenta[a]phénanthrène, et comprennent les stérols (cholestérol), les hormones sexuelles (testostérone, estrone), les hormones corticoïdes (cortisone), et les acides biliaires. Les divers squelettes carbonés possèdent des noms triviaux, auxquels on applique la nomenclature classique, avec les dénominations á et â selon que les substituants sont en dessous ou au-dessus du plan des cycles. Ainsi, la testostérone se nomme 17â-hydroxyandrost-4-ène-3-one (squelette androstane) ; le â-estradiol, estra-l,3,5(l0)-triène-3,l7βα-diol (squelette estrane) ; l'acide cholique, acide 3α,7α,12α-trihydroxy-5β-cho1an-24-oïque (squelette cholane) ; et le cholestérol, cholest-5-ène-3β-ol (squelette cholane).