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organiqueII 2014
Chimie organique II
Les forces intermoléculaires• les forces intramoléculaires sont les forces attractives qui maintiennent les atomes ensemble dans une molécule telles que les liaisons chimiques
• les forces intermoléculaires sont les forces attractives qui s’exercent entre les molécules
• les forces intermoléculaires sont typiquement moins fortes que les forces intramoléculaires
• sans les forces intermoléculaires, toutes les substances seraient des gaz parfaits• à une assez basse température, les molécules d’un gaz ralentissent à un tel point qu’elles ne peuvent pas échapper les forces intermoléculaires, et il y aura condensation du gaz
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organiqueII 2014
Les forces intermoléculaires• les forces de dispersion de London (van der Waals) • les forces dipôledipôle• les liaisons hydrogène
• toutes ces forces/interactions peuvent agir en même temps dans un système• il existe aussi des forces répulsives entre deux molécules (répulsions entre les électrons et entre les noyaux) qui augmentent très rapidement si la distance qui sépare les molécules dans un état condensé diminue• les solides et liquides sont donc très peu compressibles
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organiqueII 2014
Les forces de dispersionDipôles temporaires et induits interagissant entre les uns avec
les autres
• dû aux positions instantanées des électrons, un atome ou molécule nonpolaire peut toujours avoir un dipôle instantané (ou temporaire)• ce dipôle instantané peut induire un dipôle dans les autres atomes ou molécules
• N.B. moyenné sur le temps, un atome ou molécule nonpolaire n’a aucun moment dipolaire
• les forces de dispersion expliquent pourquoi des gaz nonpolaires tels qu’un gaz noble, ou H2, N2, O2, etc. condense éventuellement
• ces interactions deviennent plus importantes si la polarisabilité de la molécule est élevée• la polarisabilité indique la facilité avec laquelle le nuage électronique dans un atome ou une molécule peut être déformée• la polarisabilité devient plus importante lorsque le volume de l’atome ou de la molécule augmente car les électrons sont plus loins des noyaux et plus faiblement retenus
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Les forces de dispersion• les forces de dispersion augmentent généralement avec la masse molaire car la polarisabilité augmente généralement avec la masse molaire
substance point de fusion (oC)CH4 182CF4 150CCl4 23CBr4 90CI4 171
• N.B. les points de fusion et d’ébullition augmentent si les forces intermoléculaires deviennent plus importantes• les forces de dispersion peuvent devenir plus importantes que les forces dipôledipôle• eg.; CBr4 et CI4 ont des plus hauts points de fusion que le H2O
Les forces dipôledipôle• les forces dipôledipôle sont celles qui agissent entre les molécules polaires
• dans un solide, les molécules s’allignent afin de permettre une attraction mutuelle maximale
• dans un liquide, les molécules essaient de s’alligner autant que possible pour maximiser l’interaction attractive dipôledipôle
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La liaison hydrogène• la liaison hydrogène est un type d’interaction dipôledipôle entre un atome H participant déjà à une liaison polaire (NH, OH, ou FH) et un atome O, N, ou F électronégatif
A—H……B ou A—H……A
• la liaison hydrogène a une énergie qui peut être aussi grande que 40 kJ/mol (≈10% d'une liaison covalente)
LiaisonsH dans H2O, NH3 et HF
• les liaisons hydrogène constituent une force importante dans le maintien de la structure et dans les propriétés de nombreux composés
• l’importance des liaisons hydrogène se voit dans les points d’ébullition des hydrures des groupes 5A, 6A, et 7A
• dans chaque groupe, le composé le plus léger a le plus haut point d’ébullition car les liaisons hydrogène doivent être cassées avant que les molécules puissent rentrer dans la phase gazeuse (après ceci, le point d’ébullition augmente avec la masse)
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La liaison hydrogène• la force des liaisons hydrogène augmente lorsque l’électronégativité de l’élément attaché à H augmente, donc HF a les plus fortes liaisons hydrogène
• cependant, H2O a le plus haut point d’ébullition car les liaisons hydrogène stabilise ce composé le plus
• H2O est “unique” car il a deux doublets libres sur le O et deux H et chaque molécule peut donc participer dans quatre liaisons hydrogène• NH3 (un seul doublet libre sur N) et HF (un seul hydrogène) peuvent juste participer dans deux liaisons hydrogène
Les forces intermoléculaires• Exemple: Dites quel(s) type(s) de forces intermoléculaires s’exerce(nt) entre les molécules (ou les unités de base) de chacune des espèces suivantes: (a) SO2, (b) CH4, (c) H2O
.
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Types de forces intermoléculaires
Exemples de l’effet des liaisons-H
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Polaire ?
liaisonsH ?
solubilité :
point d'ébullition :
Autres caractéristiques :
Alcanes (alcènes et alcynes)
Non polaire
Non
non-solubles dans l'eau ; soluble dans solvants non-polaires
bas pour les premiers alcanes ;1 à 5 C : pt d'ébul. < 30°C6 à 16 C : pt d'ébul. entre 30 et 275°C
• Alcènes et alcynes ont des propriétés physiques semblables aux alcanes• Pour un même nombre de C, les chaînes sans ramifications ont un plus haut point d'ébullition que les chaînes ramifiées, plus les ramifications rendent la molécule circulaire, plus le point d'ébullition diminue
Solvant polaire dissout soluté polaire (et ionique)Solvant nonpolairedissout soluté nonpolaire
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Les aromatiques
Les hydrocarbures contenant au moins un cycle de benzène sont appelés des aromatiques
Le benzène est constitué de 6 liaisons égales qui sont à peu près équivalentes à 1½ liaison. D'où leur stabilité et ceci explique pourquoi le benzène ne réagit pas comme les cycloalcènes.
C
C C
CC
H
H
H H
H
C
H Benzène
Si le benzène est le groupe principal (les autres sont des liaisons simples CC), on nomme cette molécule comme un cycloalcane : positionramificationbenzène. Si un benzène est une ramification à une chaîne, on appelle le groupe “phenyl”. Par exemple,
CH3CHCH3
2phénylpropane
Nomenclature
CH3
méthylbenzène(toluène)
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Nomenclature alternative pour benzènesAu lieu des indices de position, les chimistes utilisent parfois un préfixe qui identifie la position des ramifications lorsqu'il y en a deux.
CH3CH3
CH3
CH3
CH3
CH31,2diméthylbenzèneorthodiméthylbenzène
1,3diméthylbenzènemétadiméthylbenzène
1,4diméthylbenzèneparadiméthylbenzène
ExemplesNomme les aromatiques suivants.
Dessine les aromatiques suivants
2phénylbutane pentylbenzène paraéthylpropylbenzène
.
CH3CHCH2CH3CH2CH2CH2CH2CH3
CH2CH2CH3
CH2CH3
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Les dérivés halogénés(haloalcane ou halogénoalcane)
Les halogénoalcanes sont des hydrocarbures pour lesquels un (ou plusieurs) H a été remplacé par un halogène.
Nomenclature
Halogène PréfixeF FluoroCl ChloroBr Bromo I Iodo
Pour les cas de plus d'un C tu dois nommer la position aussi.
C
H
HH
Cl
Chlorométhane
C
H
HH
Br
Bromométhane
C
Tétrachlorométhane
Cl
Cl
Cl
Cl
CH2CH3 CH
F
2fluorobutane
CH3 CH2CH3 C
2iodopropène
I
Les CFCLes chlorofluorocarbures sont des exemples d'halogénoalcanes (TOUS les H ont été remplacés par des halogènes) et seraient en partie responsable de la destruction de la couche d'ozone. Voici un exemple.
C
Trichlorofluorométhane
Cl
Cl
Cl F
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halogénoalcanesprimaire secondaire tertiaire
Polaire ?
liaisons H ?
solubilité :
point d'ébullition :
Polaire
Nonpeu ou non-solubles dans l'eau ; solubles dans solvants non-polaires et/ou organiques
bas, mais supérieur à celui des alcanes du même nombre de carbone
fluoroéthane 2iodopropane 2méthyl2bromopropane
Le C lié à l'halogène est lié à 1 autre C.
Le C lié à l'halogène est lié à 2 autres C.
Le C lié à l'halogène est lié à 3 autres C.
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13)
1,2diéthylbenzène 1,3diéthylbenzène
1,4diéthylbenzène
1méthyl2propylbenzène 1méthyl3propylbenzène 1méthyl4propylbenzène
butylbenzène1,2,3,4tétraméthylbenzène
1,2,3,5tétraméthylbenzène 1,2,4,5tétraméthylbenzène
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18
20)
1iodopropane
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AlcoolsQuelques alcools connusméthanol : solvantéthanol : boisson et carburantpropan2ol : antiseptique (alcool à friction)éthane1,2diol : composante principale de l'antigel pour voiture
groupe fonctionnel : formule générale :
Nomenclature
Comme alcane + «ol» à la fin
* le plus petit indice possible doit être donné au C auquel est lié OH
* le groupeOH doit faire partie de la chaine principale
Ex. Nomme les alcools suivants
a)
b)
2méthylpentanol
2éthylpentan1ol
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Polaire ?
liaisons H ?
solubilité :
point d'ébullition :
alcools primaire alcool secondaire alcool tertiaire
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Les aminesGroupe fonctionnel : NH2, NHR ou NR2 : groupe amineFormule générale : R‐ NH2* Comme un dérivé deamine primaire amine secondaire amine tertiaire
http://wps.pearsoned.com.au/ibcsl/89/22897/5861848.cw/index.htmlsite avec molécules en 3D
Quelques amines complexes
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Caractéristiques : ‐ très présentes dans la nature, souvent toxique, parfois médicinale. ‐ Plusieurs hormones sont des amines ‐ Petites amines ont forte odeur répugnante comme la cadavérine (H2NCH2CH2CH2CH2 CH2NH2)‐ bases faibles (comme l’ammoniac)
Polarité :
Liaisons H :
Solubilité dans l’eau :
Point d'ébullition :
polaire
Oui (amines primaires et secondaires)
oui, très solubles
assez élevé :+ que les halogénoalcanes et - que les alcools
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P. 26 no 15
a)ou CH3OH
b)
c)
d)
e)
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Groupe carbonyle :
AldéhydeGroupe fonctionnel : ‐C=OHFormule générale : R‐CHOUn aldéhyde est un composé organique dont
méthanal éthanal
Nomenclature : Comme alcanes, avec ‐al à la fin. Le C qui a la liaison double avec l’oxygène prend l’indice 1.
= O
Exemples.Nomme ces aldéhydes
Exemple.Dessine un diagramme structural du 2,2diméthylpropanal
pentanal 2méthylbutanal
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CétoneGroupe fonctionnel : ‐C=O‐Formule générale : R‐COR’Lorsque le groupe carbonyle
propanone pentan‐2‐one
Nomenclature : Comme aldéhydes, avec ‐one à la fin. Le C qui a la liaison double avec l’oxygène prend le plus petit indice et il faut donner la position du groupe fonctionnel.
ExempleDessine un diagramme structural du 3méthylbutan2one
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Caractéristiques: aldéhydes : forte odeur âcre cétone : odeur douceâtreplus «grande» aldéhyde : odeur agréable parce que polaire et organique : solvant polaire et non polaire
(propan2one(acétone))
Polarité :
Liaisons H :
Solubilité dans l’eau :
Point d'ébullition :
Polaire
Non, mais peut en faire avec l'eau.
Oui
Pas si élevé+ qu'halogénoalcane, - que les amines
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30a) b)
c)
31
32
hexanal
2méthylpentanal
3méthylpentanal
4méthylpentanal
hexan2one
hexan3one
2,3diméthylbutanal
2éthylbutanal
3méthylpentan2one
4méthylpentan2one
2méthylpentan3one
Devoir p.36 nos 30 à 32
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Les acides carboxyliquesGroupe fonctionnel : COOH : groupe carboxyleFormule générale : R‐ COOH
Nomenclature«acide (alcane d'origine)oïqueLe carbone du groupe carboxyle est à la position no 1Ex. :
acide 2méthylbutanoïque acide 2,2diméthylpropanoïque
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Caractéristiques:
Polarité :
Liaisons H :
Solubilité dans l’eau :
Point d'ébullition :
+ H2O
+ H2O
+ H3O+
+ OH + H2O+
• Beaucoup ont une odeur forte et désagréable• -OH de l'acide n'agit pas comme ion OH - d'une base
Polaire. Liaisons O-H et C=O sont polaires
Oui, fortes liaisons H entre molécules d'acide et avec l'eau
«petits» acides très solubles. Comme les autres, solubilité diminue avec le nb de C
Élevé, même les «petits« acides acide éthanoïque: 118°C
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Devoir p.40 nos 33 à 36
34a)
b)
35
c)
36
acide butanoïque
acide 2méthylpropanoïque
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Les estersGroupe fonctionnel : COOR' ; dérivé des acides carboxyliquesFormule générale : R‐COOR'Produit de la réaction entre un acide carboxylique et un alcool
Estérification
acide carboxylique alcool
ester eau
méthanoate d'éthyle butanoate d'éthyle
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Caractéristiques:
Polarité :
Liaisons H :
Solubilité dans l’eau :
Point d'ébullition :
• Souvent une odeur et un goût agréable, utilisés dans les parfums et pour les saveurs artificielles, en particulier celles des fruits.
Polaire. Liaisons C-O et C=O sont polaires
Non entre molécules, mais oui avec l'eau
Les 2 premiers sont solubles. Plus de 3 ou 4 C : non-solubles
Pas si élevé, un peu plus bas que les cétones et aldéhydes
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Devoir p.45 nos 37 à 40
39
a)
b)
c)
41butanoate de méthyle
d)
e)
propanoate d'éthyle
éthanoate de propyle
méthanoate de butyle
2méthylpropanoate de méthyle
éthanoate de prop2yle
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composé formule Mr groupe
fonctionnel force
principale Pt.
d'ébul.
butène C4H8 56 alcène dispersion 6,2°C
butane C4H10 58 alcane dispersion 0,5°C
butyne C4H6 54 alcyne dispersion 8,1°C chloropropan
e C3H9Cl 78,5 haloalcane dipôle 46,5
propanal CH3CH2CHO 58 aldéhyde dipôle 48,8°Cpropanone CH3COCH3 58 cétone dipôle 56,2°C
propan1ol CH3CH2CH2OH 60 alcool liaison H 97,2°C
acide éthanoïque CH3COOH 60
acide carboxylique liaison H 118°C
36,3°C 27,9°C9,5°C
Point d'ébullitionLe point d'ébullition varie selon différents facteurs qui sont des variantes de 1 facteur, l'attraction entre les molécules.Les différentes forces intermoléculaires, la «taille» et la «forme» des molécules font varier le point d'ébullition.
1. Plus la masse moléculaire est grande, plus les forces de dispersion de London sont fortes ⇒plus haut pt d'ébullition
2. La forme de la molécule influence : de chaîne linéaire à molécule «compacte», le pt d'ébul. diminue.
3. Le type de forces intermoléculaires qui domine dans une molécule influence sur le point d'ébullition des différents groupes fonctionnels
liaisons H > dipôledipôle > dispersion de London
Donc, en ordre croissant de point d'ébullitionalcane
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Questions d'anciens examens BI(choix multiples)
1. On considère le composé de formule ﴾CH3CH2﴿CH=CH﴾CH3﴿. Quelles propositions sont correctes ?
A. I et II uniquementB. I et III uniquement
I. Le pent2ène est le nom correct.II. La formule empirique est CH2.III. Le pentane est un isomère du
composé.
C. II et III uniquementD. I, II et III
2. La diacétylmorphine ﴾héroïne﴿ contient plusieurs groupements fonctionnels différents. Parmi les suivants, quels sont les deux groupements fonctionnels présents dans la diacétylmorphine ?
A. ester, cycle benzéniqueB. cétone, cycle benzéniqueC. aldéhyde, alcèneD. cétone, alcène
3. Quel composé a le point d’ébullition le plus bas ?A. CH3CH2CH2OHB. CH3CH2CH2BrC. CH3CH2COOHD. CH3CH2CH2CH3
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Questions d'anciens examens BI(questions à réponse construite)
a) X est un acide carboxylique à chaîne linéaire. Dessinez sa formule structurale.
b) Dessinez la formule structurale d’un isomère de X qui est un ester.
c) L’acide carboxylique contient deux liaisons carboneoxygène différentes. Identifiez quelle liaison est la plus forte et laquelle est la plus longue.
[1]
[2]
[1]
d) Exprimez et expliquez lequel, du propan1ol, CH3CH2CH2OH, ou du méthoxyéthane, CH3OCH2CH3, est le plus volatil. [3]
e) Le propan1ol, CH3CH2CH2OH, et l’hexan1ol, CH3(CH2)4CH2OH, sont deux alcools. Exprimez et expliquez lequel des deux composés est le plus soluble dans l’eau. [2]
1. Le composé X a la formule moléculaire suivante : C4H8O2
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1. A 2. A 3. D
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Pièces jointes
méthanamine.MOL
amines complexes.pdf
Chime 04131106553D
7 6 0 0 1 V2000 0.7440 0.2160 1.2520 H 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1.3440 0.4320 -0.2880 H 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 -1.3440 -0.5360 0.3920 H 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 -0.7000 -0.3000 -1.2520 H 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 -0.9240 1.0960 -0.1760 H 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0.7040 -0.1120 0.2880 N 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 -0.6520 0.0440 -0.2200 C 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 7 6 1 0 7 4 1 0 7 5 1 0 7 3 1 0 6 2 1 0 6 1 1 0M END
SMART Notebook
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26 © Organisation du Baccalauréat International 2007
Recueil de données de chimie
19. Acides aminés
Nom courant Symbole Formule développée pH du point
isoélectrique
alanine Ala
H2N CH COOH
CH3
6,0
arginine Arg
H2N CH COOH
CH2 CH2 CH2 NH C NH2
NH
10,8
asparagine Asn
H2N CH COOH
CH2 C NH2
O
5,4
acide aspartique Asp
H2N CH COOH
CH2 COOH
2,8
cystéine Cys
H2N CH COOH
CH2 SH
5,1
glutamine Gln
H2N CH COOH
CH2 CH2 C NH2
O
5,7
acide
glutamique Glu
H2N CH COOH
CH2 CH2 COOH
3,2
glycine Gly H2N CH2 COOH 6,0
-
Acides aminés
© Organisation du Baccalauréat International 2007 27
Nom courant Symbole Formule développée pH du point
isoélectrique
histidine His
H2N CH COOH
CH2
N
N
H
7,6
isoleucine Ile
H2N CH
CH
COOH
CH3 CH2 CH3
6,0
leucine Leu
H2N CH
CH2
COOH
CH CH3CH3
6,0
lysine Lys
H2N CH
CH2
COOH
CH2 CH2 CH2 NH2
9,7
méthionine Met
H2N CH COOH
CH2 CH2 S CH3
5,7
phénylalanine Phe
H2N CH COOH
CH2
5,5
proline Pro N
COOHH
6,3
sérine Ser
H2N CH COOH
CH2 OH
5,7
-
Acides aminés
28 © Organisation du Baccalauréat International 2007
Nom courant Symbole Formule développée pH du point
isoélectrique
thréonine Thr
H2N CH COOH
CH OHCH3
5,6
tryptophane Trp
H2N CH COOH
CH2
NH
5,9
tyrosine Tyr
H2N CH COOH
CH2 OH
5,7
valine Val
H2N CH COOH
CH CH3CH3
6,0
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© Organisation du Baccalauréat International 2007 29
CH2
CH3
NH2CH
Recueil de données de chimie
20. Formules développées de quelques drogues et médicaments importants
O
COH
CCH3
O
O
OH
NHCOCH3
CH2
C
C
CH3
H
CH3
COOH
H
CH3
aspirine paracétamol
(acétaminophène)
ibuprofène
OH
N
OH
CH2CH3
O
CH2
OH
N
OCH3
CH2CH3
O
CH2
OCCH3
N
OCCH3
CH2CH3
O
CH2
O
OO
morphine codéine héroïne
HO
HO CH
OH
CH2 NH CH3
N
N N
N
O
O
H3C
CH3
CH3
amphétamine épinéphrine (adrénaline) caféine
-
Formules développées de quelques drogues et médicaments importants
30 © Organisation du Baccalauréat International 2007
O2NN
N
O
CH3
NH
N
N
CH3
R C
O
NH
N
O
S
CH3
CH3
C O
OH
Cl N
N
O
CH3
nicotine pénicilline diazépam (Valium®
)
N
HN
O
N
N
CH2
O
H2N
CH2CH2
HO
nitrazépam (Mogadon®
) acyclovir indole
O
O
N
CH3
OCH3
N
CH2
N
H3C
H3CCH2
O
N H
CH3
cocaïne acide lysergique diéthylamide (LSD)
-
Formules développées de quelques drogues et médicaments importants
© Organisation du Baccalauréat International 2007 31
O
F3C
CH 2
CH 2NH 2
+ Cl -
CH 2
CH3
NH
CH3
C CH2
N
CH2H2C
CH3CH3
O
Pt
Cl
NH3
NH3
Cl
NH2 C O CH2CH2 N
CH2CH3
CH2CH3
O
procaïne chlorhydrate de fluoxétine (Prozac®
)
CH3
O CH2
CH2CH2
CH2CH3
OH
H3C
H3C
tétrahydrocannabinol (THC) lidocaïne
O
N
CH 2CH 2
N+
H
CH 3
CH 3
H
P OO-
O
H
CH3O
CH3O
OCH 3
CH2CH2
NH2
psilocybine mescaline cisplatine
SMART Notebook
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