Objectifs

• Connaître la formule \(\ce{C6H6}\) et la structure du benzène.
• Nommer un dérivé monosubstitué du benzène (méthylbenzène, chlorobenzène…).
• Nommer un dérivé disubstitué ou trisubstitué avec des numéros, et connaître les préfixes ortho, méta, para.
• Écrire la formule d'un composé à partir de son nom.

1. Le benzène, une molécule en forme d'anneau

Le benzène a pour formule brute \(\ce{C6H6}\). Ses six atomes de carbone forment un cycle plat à six côtés (un hexagone régulier) ; chaque carbone porte un seul atome d'hydrogène.

On le représente de deux façons :

• Formule de Kekulé : un hexagone avec trois doubles liaisons qui alternent avec trois simples liaisons.
• Formule avec un cercle : un hexagone avec un cercle au centre. Le cercle rappelle que les six électrons des « doubles liaisons » ne sont pas fixés : ils sont partagés par tout le cycle (on dit délocalisés).

Dans un hexagone dessiné en formule topologique, chaque sommet est un atome de carbone et on n'écrit pas les hydrogènes portés par le cycle.

Le groupe obtenu quand on retire un hydrogène au benzène s'appelle le groupe phényle, de formule \(\ce{C6H5-}\). On le note parfois \(\ce{Ph-}\).

2. Les dérivés monosubstitués

Quand un seul hydrogène est remplacé par un groupe (appelé substituant), on obtient un dérivé monosubstitué. Son nom se forme ainsi :

préfixe du substituant + benzène (sans numéro)

Certains dérivés gardent un nom usuel à connaître, car le groupe est une fonction chimique :

• \(\ce{C6H5-OH}\) : le phénol ;
• \(\ce{C6H5-NH2}\) : l'aniline (ou phénylamine) ;
• \(\ce{C6H5-COOH}\) : l'acide benzoïque ;
• \(\ce{C6H5-CH=CH2}\) : le styrène (ou phényléthène), qui sert à fabriquer le polystyrène.

Exemple résolu 1

Nommer le composé \(\ce{C6H5-CH2-CH3}\). Cherche d'abord, puis dévoile les étapes.

3. Les dérivés disubstitués : numéros et ortho, méta, para

Avec deux substituants, il faut indiquer leurs positions. On numérote les carbones du cycle de 1 à 6 en tournant, en donnant les plus petits numéros possibles aux substituants.

Règles pour écrire le nom :

1. Les numéros sont les plus petits possibles.
2. Deux substituants identiques : préfixe multiplicateur di (trois : tri).
3. Substituants différents : on les écrit dans l'ordre alphabétique (sans tenir compte de di, tri) ; à numéros égaux, le premier dans l'ordre alphabétique reçoit le plus petit numéro.
4. Les numéros sont séparés par des virgules, et séparés des mots par des tirets.

flowchart LR
A[Repérer le cycle] --> B[Lister les substituants]
B --> C[Numéroter avec les plus petits numéros]
C --> D[Ordre alphabétique et di ou tri]
D --> E[Ajouter benzène à la fin]

Exemple résolu 2

Un cycle benzénique porte un atome de chlore et, sur le carbone voisin, un groupe méthyle. Nomme-le.

Exemple résolu 3

Écrire la formule semi-développée du 1-éthyl-3-nitrobenzène.

4. Trois substituants ou plus

Les mots ortho, méta, para ne servent qu'avec deux substituants. Au-delà, on utilise uniquement des numéros, toujours les plus petits possibles : on compare les suites de numéros et on garde celle qui a le plus petit nombre au premier endroit où elles diffèrent.

Exemple résolu 4

Trois groupes méthyle sont sur les carbones qu'on peut numéroter 1, 2 et 4, ou bien 1, 3 et 4, ou encore 1, 2 et 5. Quel est le nom correct ?

Exemple connu : le TNT, un explosif, se nomme 2-méthyl-1,3,5-trinitrobenzène (nom usuel : 2,4,6-trinitrotoluène).

Erreurs fréquentes

• Mettre un numéro pour un seul substituant (« 1-méthylbenzène ») : inutile, on écrit méthylbenzène.
• Ne pas chercher les plus petits numéros (« 1,6 » au lieu de « 1,2 »).
• Oublier l'ordre alphabétique des préfixes (chloro avant éthyl, avant méthyl, avant nitro).
• Confondre méta (1,3) et para (1,4).
• Confondre benzène \(\ce{C6H6}\) et cyclohexane \(\ce{C6H12}\).

Récapitulatif

• Le benzène \(\ce{C6H6}\) est un cycle plat de six carbones aux liaisons identiques (électrons délocalisés).
• Monosubstitué : préfixe + benzène, sans numéro (méthylbenzène = toluène). Noms usuels : phénol, aniline, acide benzoïque, styrène.
• Disubstitué : numéros 1,2 / 1,3 / 1,4, soit ortho, méta, para.
• Plus petits numéros, ordre alphabétique, préfixes di et tri, et « benzène » à la fin.